Question

【題目】碳素鋼是近代工業(yè)中使用最早、用量最大的金屬材料。世界各工業(yè)國家在努力增加低合金高強(qiáng)度鋼和合金鋼產(chǎn)量的同時，也非常注意改進(jìn)碳素鋼質(zhì)量，擴(kuò)大品種和使用范圍。

Ⅰ低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，則低碳鋼中Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)該低于______。

Ⅱ某興趣小組同學(xué)為探究碳素鋼與濃硫酸的反應(yīng)，進(jìn)行了以下探究實(shí)驗(yàn)。

(1)稱取一定質(zhì)量碳素鋼樣品放入一定體積濃硫酸中，加熱使碳素鋼完全溶解，得到溶液M并收集到混合氣體W。

①甲同學(xué)認(rèn)為M中除Fe3+之外還可能含有Fe2+，若要確認(rèn)其中的Fe2+，可選用______選填序號

A.氯水 硫氰化鉀溶液 濃氨水鐵氰化鉀溶液酸性KMnO4溶液

②乙同學(xué)取336mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況氣體W通入足量溴水中，再加入足量BaCl2溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得干燥固體2.33g。由此推知?dú)怏wW中SO2體積分?jǐn)?shù)為______。

(2)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中SO2體積分?jǐn)?shù)的分析，丙同學(xué)認(rèn)為氣體中除SO2外，還可能含有X和Y兩種氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下X氣體的密度為0.0893g/L。為探究氣體成分設(shè)計(jì)了下列探究實(shí)驗(yàn)裝置

①反應(yīng)過程中在通入W氣體的同時，還要通入N2，其作用是______。

②裝置B中試劑的作用是______，裝置D中盛裝的試劑是______，裝置G的作用是______。

③如果氣體W中含有X，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)是______。

④分析W氣體中的Y氣體是如何生成的______用化學(xué)方程式表示。

Answer 1

【答案】4.5% DE 66.7% 輸送W氣體，確保W中個組成氣體被后續(xù)裝置充分吸收 檢驗(yàn)二氧化硫是否被完全吸收 濃硫酸 防止空氣中水蒸氣進(jìn)入干燥管，干擾氫氣的存在 E中粉末由黑色變化為紅色，F中固體白色邊藍(lán)色 2Fe3C+22H2SO4(濃)3Fe2(SO4)3+2CO2↑+13SO2↑+22H2O 或C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O

【解析】

Ⅰ.低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，元素守恒計(jì)算低碳鋼中Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

Ⅱ.(1)①亞鐵離子的性質(zhì)選取試劑，亞鐵離子有還原性，可用強(qiáng)氧化性的物質(zhì)檢驗(yàn)，且必須有明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

②SO2具有還原性，通入足量溴水中，發(fā)生Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr，生成的硫酸遇到氯化鋇會產(chǎn)生白色沉淀，結(jié)合反應(yīng)的定量關(guān)系計(jì)算；

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，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下X氣體的密度為0.0893g/L，摩爾質(zhì)量M=0.0893g/L×22.4L/mol=2g/mol，則為氫氣，為探究氣體成分設(shè)計(jì)了下列探究實(shí)驗(yàn)裝置：

①反應(yīng)過程中在通入W氣體的同時，通過氮?dú)饪梢园褮怏w帶入后續(xù)裝置完全吸收；

②B中品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否除盡；

③如果氣體W中含有X為氫氣，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)是：氫氣還原氧化銅生成銅和水，水蒸氣進(jìn)入無水硫酸銅粉末會反應(yīng)變藍(lán)色；

④分析W氣體中的Y氣體為二氧化硫氣體，生成的來源可能是；Fe3C和濃硫酸加熱反應(yīng)生成，或碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成。

Ⅰ低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，假設(shè)100g低碳鋼，則含碳0.3g，根據(jù)C元素守恒計(jì)算得到低碳鋼中Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)×100%=4.5%，低碳鋼中Fe3C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)該低于4.5%；

Ⅱ.(1)①亞鐵離子能使酸性高錳酸鉀褪色，溶液中已經(jīng)有三價鐵離子，

A.氯水會氧化亞鐵離子，但無明顯的反應(yīng)現(xiàn)象，A錯誤；

B.硫氰化鉀溶液結(jié)合鐵離子生成血紅色溶液，但不能確定亞鐵離子，B錯誤；

C.濃氨水和鐵離子、亞鐵離子反應(yīng)生成沉淀，受氫氧化鐵沉淀顏色的影響無法分辨，不能確定是否含亞鐵離子，C錯誤；

D.鐵氰化鉀溶液遇到亞鐵離子生成藍(lán)色沉淀是特征現(xiàn)象，可以檢驗(yàn)亞鐵離子，D正確；

E.酸性KMnO4溶液具有氧化性，和亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，溶液褪色，可以驗(yàn)證亞鐵離子的存在，E正確；

故合理選項(xiàng)是DE；

②SO2具有還原性，通入足量溴水中，發(fā)生Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr，生成的硫酸遇到氯化鋇會產(chǎn)生白色沉淀，則混合氣體=0.015mol；

根據(jù)S元素守恒可知n(SO2)=n(BaSO4)=2.33g÷233g/mol=0.01mol，所以二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為：V=×100%=66.7%；

(2)①反應(yīng)過程中在通入W氣體的同時，還要通入N2，其作用是：輸送W氣體，確保W中各組成氣體被后續(xù)裝置充分吸收；

②通過裝置A通入高錳酸鉀溶液氣體中二氧化硫被氧化為硫酸，裝置B中的品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否被除盡的作用，裝置D中盛裝的試劑是濃硫酸，用來干燥氣體進(jìn)入玻璃管中，裝置G的作用是防止空氣中水蒸氣進(jìn)入干擾氫氣的檢驗(yàn)；

③如果氣體W中含有X是氫氣，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)是：E中粉末由黑色變化為紅色，F中固體白色邊藍(lán)色；

④分析W氣體中的Y氣體為二氧化硫氣體，生成的來源可能是Fe3C和濃硫酸加熱反應(yīng)生成，也可能是碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成。反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Fe3C+22H2SO4(濃)3Fe2(SO4)3+2CO2↑+13SO2↑+22H2O或C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O。