Question

19．为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组用碳素钢（即铁和碳的合金）进行了以下探究活动：
【探究一】（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是铁在冷的浓硫酸中钝化，表面生成致密氧化膜．
（2）称取碳素钢6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到混合气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺之外还可能含有Fe²⁺．若要确认其中的Fe²⁺，应选用D（选填序号）．
A．KSCN溶液和氯水    B．铁粉和KSCN溶液    C．浓氨水   D．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取560mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄反应，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体4.66g．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为80%．
【探究二】根据上述实验中SO₂体积分数的分析，丙同学认为气体Y中还可能含有Q₁和Q₂两种气体，其中Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1．为此设计了下列探究实验装置（假设有关气体完全反应）．

（3）装置B中试剂的作用是确认二氧化硫已经除尽．
（4）分析Y气体中的Q₂气体是如何生成的C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（用化学方程式表示）．

（5）已知洗气瓶M中盛装澄清石灰水，为确认Q₂的存在，需在装置中添加洗气瓶M于C（填序号）．
A．A之前              B．A-B间             C．B-C间           D．C-D间
（6）如果气体Y中含有Q₁，预计实验现象应是  D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝．

Answer 1

分析 （1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生钝化现象；
（2）亚铁离子有还原性，能还原酸性高锰酸钾溶液而使其褪色；根据硫酸钡与二氧化硫的关系式计算二氧化硫的体积，再根据体积分数公式计算；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，据此判断是否含有二氧化硫；
（4）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳和浓硫酸反应生成二氧化碳；
（5）用澄清石灰水检验二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干扰；
（6）Q₁气体，在标准状况下，密度为0.0893g•L^-1，其相对分子质量为2，所以是氢气，氢气检验还原性，能含有氧化铜同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝．

解答 解：（1）常温下，铁遇冷的浓硫酸发生氧化还原反应，在铁表面生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步的反应，即发生钝化现象，所以反应片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，
故答案为：铁在冷的浓硫酸中钝化，表面生成致密氧化膜；
（2）①亚铁离子具有还原性，而酸性高锰酸钾有氧化性，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，故选D；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，所以硫酸钡和二氧化硫之间的关系式为SO₂-----BaSO₄，设二氧化硫的体积为V，
SO₂-----BaSO₄，
22.4L 233g
V 4.66g
V=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数=$\frac{448mL}{560mL}$=80%，
故答案为：80%；
（3）二氧化硫能使品红溶液褪色，所以用品红溶液检验二氧化硫是否除尽，故答案为：确认二氧化硫已经除尽；
（4）碳素钢中含有碳，加热条件下，碳能和浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳和水，反应方程式为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，但二氧化硫还能使品红溶液褪色，所以要检验二氧化碳必须排除二氧化硫的干扰，B装置是检验二氧化硫是否除尽，所以澄清石灰水应放置在B和C之间，故选C；
（6）氢气具有还原性，能还原性，能还原黑色的氧化铜生成红色的铜单质，同时生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，这是检验水的特征反应，所以如果D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝，则证明含有氢气，故答案为：D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝．

点评 本题考查了浓硫酸的性质、二氧化硫的性质、常见物质的检验等知识点，注意常温下，铁和冷的浓硫酸不是不反应，而是反应生成了致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应，为易错点．