Question

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸．某学习小组为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，设计了以下探究活动：称取铁钉（碳素钢）6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液M并收集到气体N．
（1）该小组通过认真分析，认为M溶液中既含有Fe³⁺，也可能含有Fe²⁺．若确认溶液中有无Fe²⁺，应加入的试剂是______（选填序号）．
a．KSCN溶液和氯水　　　　　　　　 b．铁粉和KSCN溶液
c．NaOH溶液　　　　　　　　　　　 d．酸性KMnO₄溶液
（2）取320mL（标准状况）气体N通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，经过______、______（填操作名称）、干燥后，得到固体2.33g．气体N与溴水反应的化学方程式为______，计算推知气体N中SO₂的体积分数为______．
（3）该小组通过对铁钉的成分和SO₂体积分数的分析，认为气体N中还可能含有H₂和另外一种气体Q．你认为Q应该是______，理由是______（用化学方程式表示）．
（4）取一定量N，利用下列仪器设计一个能同时检验N中含有H₂和气体Q的装置（夹持仪器、橡胶管和加热装置省略），仪器的连接顺序是______（填字母），其中A的作用是______，B中试剂X的化学式是______．

Answer 1

解：（1）Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色，溶液中已经有+3价铁离子，选择a会造成干扰，选b只能检验溶液中含有+3价铁离子，选c会造成两种沉淀，受氢氧化铁颜色的影响无法辨别，只能选d，故答案为：d；
（2）SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，生成的硫酸遇到氯化钡会产生白色沉淀，可以先洗涤然后再过滤来获得纯净的硫酸钡沉淀，则n（混合气体）=≈0.014mol，
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n 2.33g
n=0.01mol
则 SO₂的体积分数：×100%≈70%，故答案为：过滤；洗涤；SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；70%；
（3）在反应的过程中，碳单质可以和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫等气体，故答案为：CO₂；C+2H₂SO₄（浓）2SO₂↑+CO₂↑+2H₂O；
（4）推断所的气体中可能含有二氧化碳，结合图中设计装置的目的，可知检验二氧化碳的方法是首先将二氧化硫除去→确认二氧化硫已经完全除去→澄清石灰水，对于氢气的检验则可通过与灼热氧化铜的反应现象和对产物水的验证来实现，验证气体存在的顺序为：SO₂→CO₂→CO和H₂被氧化→H₂O→CO₂，实验中要避免其它物质的性质干扰，顺序为：A-C-B-E-F-D（或A-C-B-E-F-D-E），其中A酸性高锰酸钾溶液的作用是除去二氧化碳中的SO₂，B中试剂X的作用是除去二氧化硫，可以用Ca（OH）₂或 Ba（OH）₂，
故答案为：A-C-B-E-F-D（或A-C-B-E-F-D-E）； 除去N中的SO₂；Ca（OH）₂或 Ba（OH）₂．
分析：（1）实验室在检验Fe²⁺时，可利用+2价亚铁离子能使酸化的高锰酸钾褪色来检验；
（2）生成的SO₂具有还原性，通入足量溴水中，发生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，利用硫元素的守恒，结合关系式：SO₂→BaSO₄求出SO₂的体积分数；
（3）碳单质和浓硫酸在加热的条件下生成二氧化碳和二氧化硫；
（4）根据二氧化碳和二氧化硫的性质来检验其存在，二氧化碳检验之前要先把二氧化硫除净．
点评：本题综合考查元素化合物知识、提出假设并设计实验方案的能力和文字表达能力，开放性较强，题目难度较大．