Question

【題目】某學習小組為研究鐵質材料與熱濃硫酸的反應，設計了以下探究活動：稱取鐵釘(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M并收集到氣體N。

(1)該小組通過認真分析，認為M溶液中既含有Fe3＋，也可能含有Fe2＋。若確認溶液中有無Fe2＋，應加入的試劑是_____(填字母)。

a.KSCN溶液和氯水

b.鐵粉和KSCN溶液

c.NaOH溶液

d.酸性KMnO4溶液

(2)將320 mL(標準狀況)氣體N通入足量溴水中，然后加入足量BaCl2溶液，經過________(填操作名稱)、干燥后，得到固體2.33 g，氣體N與溴水反應的化學方程式為______________________，計算推知氣體N中SO2的體積分數為________。

(3)該小組通過對鐵釘的成分和SO2體積分數的分析，認為氣體N中還可能含有H2和另外一種氣體Q。你認為Q應該是________，理由是_______________________________(用化學方程式表示)。

(4)取一定量N，利用下列儀器設計一個能同時檢驗N中含有H2和氣體Q的裝置(夾持儀器、橡膠管和加熱裝置省略)，儀器的連接順序是________________(填字母) ，其中A的作用是_______________，B中試劑X的化學式是________。

Answer 1

【答案】d 過濾、洗滌 SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4 71% CO2 C＋2H2SO4(濃)2H2O＋ CO2↑＋2SO2↑ A－C－B－E－F－D 除去N中的SO2 Ca(OH)2或Ba(OH)2

【解析】

(1)實驗室在檢驗Fe2+時，可利用+2價亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色來檢驗；

(2)生成的SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，利用硫元素的守恒，結合關系式：SO2→BaSO4求出SO2的體積分數；

(3)碳單質和濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化碳和二氧化硫；

(4)根據二氧化碳和二氧化硫的性質來檢驗其存在，二氧化碳檢驗之前要先把二氧化硫除凈。

(1)Fe+2Fe3+=3Fe2+，+2價亞鐵離子能使酸化的高錳酸鉀褪色，溶液中已經有+3價鐵離子，選擇a會造成干擾，選b只能檢驗溶液中含有+3價鐵離子，選c會造成兩種沉淀，受氫氧化鐵顏色的影響無法辨別，只能選d，故答案為：d；

(2)SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，可以先洗滌然后再過濾來獲得純凈的硫酸鋇沉淀，已知n(混合氣體)=mol，由SO2～BaSO4可知SO2的物質的量為=0.01mol，則SO2的體積分數：×100%≈71%；

(3)在反應的過程中，碳單質可以和濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫等氣體，發生反應的化學方程式為C+2H2SO4(濃)2SO2↑+CO2↑+2H2O；

(4)推斷所得的氣體中可能含有二氧化碳，結合圖中設計裝置的目的，可知檢驗二氧化碳的方法是首先將二氧化硫除去→確認二氧化硫已經完全除去→澄清石灰水，對于氫氣的檢驗則可通過與灼熱氧化銅的反應現象和對產物水的驗證來實現，驗證氣體存在的順序為：SO2→CO2→CO和H2被氧化→H2O→CO2，實驗中要避免其它物質的性質干擾，順序為：A-C-B-E-F-D(或A-C-B-E-F-D-E)，其中A酸性高錳酸鉀溶液的作用是除去二氧化碳中的SO2，B中試劑X的作用是檢驗并除去二氧化碳，可以用Ca(OH)2或 Ba(OH)2。