Question

（12分）為研究鐵質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）將已去除表面氧化物的鐵釘(碳素鋼)放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是                     。
（2）稱取碳素鋼6．0 g放入15．0 mL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Fe^3＋之外還可能含有Fe^2＋。若要確認其中的Fe^2＋，應選用     (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560 mL(標準狀況)氣體Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，經適當操作后得干燥固體4．66 g。由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為       。
[探究二]根據上述實驗中SO₂體積分數的分析，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0．0893 g·L^－1。為此設計了下列探究實驗裝置(假設有關氣體完全反應)。

（3）裝置B中試劑的作用是                       。
（4）分析Y氣體中的Q₂氣體是如何生成的             (用化學方程式表示)。
（5）已知洗氣瓶M中盛裝澄清石灰水，為確認Q₂的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于   (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，預計實驗現象應是                   。

Answer 1

（1）鐵被鈍化（2）①D　②0．80（3）檢驗SO₂是否除盡（4）C＋2H₂SO₄(濃)CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O
（5）C（6）D中的固體由黑變紅、E中的固體由白變藍

試題分析：（1）常溫下，鐵遇冷的濃硫酸發生氧化還原反應，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，即發生鈍化現象，所以反應片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化；
（2）①亞鐵離子具有還原性，而酸性高錳酸鉀有氧化性，發生氧化還原反應使高錳酸鉀溶液褪色，故選D；②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關系式為SO₂~BaSO₄，即n(SO₂)=n(BaSO₄)=4．66g÷233g/mol=0．02mol，體積為448mL，所以二氧化硫的體積分數==80%；
（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；
（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（濃）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，故選C；
（6）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質，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。