Question

【题目】浓硫酸与金属的反应是我们一直探讨和研究的重要课题之一。

Ⅰ.铜与浓硫酸反应的过程中，发现有黑色物质出现，且黑色物质为Cu2S。产生Cu2S的反应为aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O。则a：b=______.

Ⅱ.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)常温下，工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸，其原因是________；

(2)铁与浓硫酸在加热时的化学方程式为：______________；

(3)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____________；

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，发生反应后加入足量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_______；

（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。为此设计了下列探究实验装置(图中夹持仪器省略，假设有关气体完全反应)。

(4)装置B中试剂的作用是__________；

(5)分析Y气体中的气体是如何生成的___________(用化学方程式表示)：

(6)为确认的存在，需在装置中添加洗气瓶M于___________；

a．A之前 b．A-B间 c．B-C间 d．C-D间

（7）如果气体Y中含有，预计实验现象应是_________________。

Ⅲ.将一定质量的Zn与100mL一定浓度的H2SO4充分反应：

(1)若反应前c(H2SO4)=12.0mol/L，反应后称量剩余锌发现质量减少了65.0g。将反应后的溶液稀释至1L，此时溶液中c(SO42-)=______mo/L，产生SO2体积(标准状况下)V(SO2)=______L；

(2)将(1)中产生的气体缓缓通入100mL a mo/L NaOH溶液中，SO2和NaOH都完全消耗，则a的取值范围为______。

Answer 1

【答案】5：4 铁钉表面被钝化(或其他合理答案) 2Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O d 80% 检验SO2是否除尽 C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O c D中固体由黑色变红色和E中固体由白色变蓝色 1 4.48 2≤a≤4

【解析】

I.根据转移电子及原子守恒配平方程式，从而确定a、b关系；

(1)根据浓硫酸的强氧化性及Fe被氧化产物的性质分析；

(2)铁与浓硫酸在加热时反应产生硫酸铁、二氧化硫和水；

(3)①亚铁离子有还原性，能还原酸性高锰酸钾溶液而使其褪色；

②气体Y通入足量溴水中，发生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4反应，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；

(4)二氧化硫能使品红溶液褪色，据此判断是否含有二氧化硫；

(5)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；

(6)用澄清石灰水检验二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干扰；

(7)Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g/L，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．

III.(1)硫酸完全反应，发生反应：Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，结合方程式计算；

(2)SO2与NaOH反应产生的盐可能为NaHSO3、Na2SO3，也可能是二者的混合物，用极值法计算。

I. aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O中Cu元素化合价由0价变为+1价、+2价、S元素化合价由+6价变为-2价，转移电子数为6，根据转移电子守恒及原子守恒配平方程式为5Cu+4H2SO4Cu2S+3CuSO4+4H2O，所以a：b=5：4；

(1)中常温下，工业上用铁质容器盛放冷的浓硫酸，是由于浓硫酸具有强的氧化性，会将Fe表面氧化产生一层致密的氧化物薄膜，阻止金属的进一步反应，即产生钝化现象；

(2)在加热时，Fe与浓硫酸发生氧化还原反应，产生硫酸铁、二氧化硫和水，根据电子守恒、原子守恒，可得反应方程式：2Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O；

(3)①因为有Fe3+的干扰，可以利用Fe2+具有还原性、可以被酸性KMnO4溶液氧化，发生氧化还原反应使高锰酸钾溶液褪色，故合理选项是d；

②气体Y通入足量溴水中，发生反应，SO2+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，n(SO2)=n(BaSO4)==0.02mol，所以SO2气体的体积为V(SO2)=0.02mol×22.4L/mol=0.448l=448mL，所以二氧化硫的体积分数为(0.448mL÷560ml)×100%=80%；

(4)装置B中试剂是品红溶液，其作用是检验二氧化硫是否除尽；

(5)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)CO2↑+2SO2↑+2H2O；

(6)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，即在通入碱石灰之前检验，故合理选项是c；

(7)Q1气体，在标准状况下，密度为0.0893g/L，则其摩尔质量为M=0.0893g/L×22.4L/mol=2g/mol，其相对分子质量为2，因此Q1为H2，氢气具有还原性，能将黑色的CuO生成红色的Cu单质，同时产生水，水能使无水硫酸铜变为蓝色，这是检验水的特征反应，乙醇若D中氧化铜变红，E中无水硫酸铜变蓝，则证明含有氢气；

III.(1) 一定质量的Zn与100mL12.0mol/L的H2SO4的浓溶液充分反应，反应后称量剩余锌发现质量减少了65.0g，则参加反应Zn的物质的量为1mol，H2SO4的物质的量为n(H2SO4)=0.1L×12mol/L=1.2mol，由于硫酸都没有剩余，设与浓硫酸反应的Zn为xmol，与稀硫酸反应的Zn为ymol，则：

Zn+2H2SO4(浓)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，

x 2x x x y y y

由题意可知：x+y=1；2x+y=1.2，解得x=0.2mol，y=0.8mol，因此将反应后的溶液稀释至1L，此时溶液中c(SO42-)==1mol/L，反应产生的SO2气体在标准状况下的体积V(SO2)=0.2mol×22.4L/mol=4.48L；

(2) SO2与NaOH反应产生的盐可能为酸式盐NaHSO3，也可能为正盐Na2SO3，也可能是二者的混合物。若SO2与NaOH反应产生的盐若完全为NaHSO3，根据元素守恒可得n(NaOH)=n(SO2)=0.2mol，0.1L×amol/L=0.2mol，所以a=2mol/L；若完全为正盐Na2SO3，则n(NaOH)=2n(SO2)=0.4mol，0.1L×amol/L=0.4mol，所以a=4mol/L；若形成的盐既含有NaHSO3，也含有Na2SO3，则需要的NaOH溶液的物质的量浓度在2到4之间，即2≤a≤4。