Question

15．為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應，某學習小組用碳素鋼（即鐵和碳的合金）進行了以下探究活動：
【探究一】
（1）常溫下，工業(yè)上用鐵質(zhì)容器盛放冷的濃硫酸，其原因是鐵表面被鈍化，阻止了內(nèi)部金屬與酸的進一步反應．
（2）稱取碳素鋼6.0g放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到混合氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺之外還可能含有Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用d（選填序號）．
a．KSCN溶液和氯水  b．鐵粉和KSCN溶液  c．濃氨水  d．酸性KMnO₄溶液
②乙同學取560mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當操作后得干燥固體4.66g，由此可求算氣體Y中SO₂的體積分數(shù)80%．
寫出探究②中出現(xiàn)的所有離子反應方程式SO₂+Cl₂+2H₂O=SO₄^2-+2Cl^-+4H⁺，SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓．
【探究二】
根據(jù)上述實驗中SO₂體積分數(shù)的分析，丙同學認為氣體Y中還可能含有Q₁和Q₂兩種氣體，其中Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1．為此設計了下列探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略，假設有關氣體完全反應）．

（3）裝置B中試劑的作用是檢驗SO₂是否除盡．
（4）分析Y氣體中的Q₂氣體是如何生成的C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．（用化學方程式表示）．
（5）為確認Q₂的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于C（選填序號）．
a．A之前       b．A-B間      c．B-C間     d．C-D間
（6）如果氣體Y中含有Q₁，預計實驗現(xiàn)象應是D中固體由黑色變紅色和E中固體由白色變藍色．

Answer 1

分析 （1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象；
（2）①亞鐵離子有還原性，能還原酸性高錳酸鉀溶液而使其褪色；
②氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄反應，根據(jù)硫酸鋇與二氧化硫的關系式計算二氧化硫的體積，再根據(jù)體積分數(shù)公式計算；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，據(jù)此判斷是否含有二氧化硫；
（4）碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳和濃硫酸反應生成二氧化碳；
（5）用澄清石灰水檢驗二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾；
（6）Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1，其相對分子質(zhì)量為2，所以是氫氣，氫氣檢驗還原性，能含有氧化銅同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍．

解答 解：（1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發(fā)生氧化還原反應，在鐵表面生成一層致密的氧化物薄膜而阻止了進一步的反應，即發(fā)生鈍化現(xiàn)象，所以反應片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，
故答案為：鐵表面被鈍化，阻止了內(nèi)部金屬與酸的進一步反應；
（2）①亞鐵離子具有還原性，而酸性高錳酸鉀有氧化性，發(fā)生氧化還原反應使高錳酸鉀溶液褪色，
故答案為：d；
②氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應，SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，離子方程式為：SO₂+Cl₂+2 H₂O=SO₄^2-+2Cl^-+4H⁺，SO₄^2-+Ba ²⁺=BaSO₄↓，所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關系式為SO₂～BaSO₄，設二氧化硫的體積為V，
SO₂～～～～BaSO₄，
22.4L     233g
V         4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的體積分數(shù)=$\frac{448ml}{560ml}$×100%=80%，
故答案為：80%；SO₂+Cl₂+2 H₂O=SO₄^2-+2Cl^-+4H⁺，SO₄^2-+Ba ²⁺=BaSO₄↓；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，所以用品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡，故答案為：檢驗SO₂是否除盡；
（4）碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳能和濃硫酸反應生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫還能使品紅溶液褪色，所以要檢驗二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，B裝置是檢驗二氧化硫是否除盡，所以澄清石灰水應放置在B和C之間，即在通入堿石灰之前檢驗，
故答案為：C；
（6）Q₁氣體，在標準狀況下，密度為0.0893g•L^-1，其相對分子質(zhì)量為2，所以是氫氣，氫氣具有還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質(zhì)，同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍色，這是檢驗水的特征反應，所以如果D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍，則證明含有氫氣，
故答案為：D中固體由黑色變紅色和E中固體由白色變藍色．

點評 本題考查了濃硫酸的性質(zhì)、二氧化硫的性質(zhì)、常見物質(zhì)的檢驗等知識點，側重于考查學生綜合運用化學知識的能力和實驗能力，注意常溫下，鐵和冷的濃硫酸不是不反應，而是反應生成了致密的氧化物薄膜而阻止了進一步反應，為易錯點，題目難度中等．