Question

18．工业上常用铁制容器盛装冷的浓硫酸．为研究铁制材料与热的浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动．
【探究一】
（1）将已除去表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷的浓硫酸中，10min后投入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是铁钉表面被钝化．
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0mL浓硫酸中，加热，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y．
①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺．若要确认其中是否含有Fe²⁺，应选用d（填序号）．
a．KSCN溶液和新制氯水
b．铁粉和KSCN溶液
c．浓氨水
d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取336mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄，然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后，得2.33g干燥固体．由此推知气体Y中SO₂的体积分数为66.7%．
【探究二】
分析上述实验中所得SO₂的体积分数，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体．为此设计了如图所示的探究实验装置（图中夹持仪器已省略）．

（3）装置B中试剂的作用是检验SO₂是否除尽．
（4）认为气体Y中还可能含有Q的理由是C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O
（用化学方程式表示）．
（5）为确认Q的存在，需添加装置M于c（填序号）．
a．装置A之前      b．装置A、B间
c．装置B、C间   d．装置C、D间
（6）如果气体Y中含有H₂，实验现象应是装置D中固体由黑色变为红色，装置E中的无水硫酸铜变为蓝色．

Answer 1

分析 （1）常温下，铁和浓硫酸发生钝化现象；
（2）①亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色；
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，标况下二氧化硫体积=0.01mol×22.4L/mol=224mL；
（3）品红溶液能检验二氧化硫存在；
（4）Q为CO₂，是碳和浓硫酸加热反应生成；
（5）碳和浓硫酸反应生成二氧化碳，所以Q为CO₂，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，所以应该在排除二氧化硫条件下将气体通入澄清石灰水中检验二氧化碳；
（6）氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色．

解答 解：（1）常温下，铁和浓硫酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止进一步被氧化，该现象为钝化现象，所以将铁钉放入浓硫酸片刻无明显变化的原因是铁钉表面被钝化，故答案为：铁钉表面被钝化；
（2）①a．氯水能将亚铁离子氧化为铁离子，铁离子和KSCN溶液反应导致溶液呈血红色，但不能确定原来溶液中一定含有亚铁离子，故a错误；                  
b．铁粉和酸反应生成亚铁离子，不能确定原来溶液中是否含有亚铁离子，故b错误；
c．浓氨水和亚铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，氢氧化亚铁能被氧化生成氢氧化铁红褐色沉淀，不能确定溶液中一定含有亚铁离子，故c错误；                            
d．亚铁离子具有还原性，能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以可以用酸性高锰酸钾溶液检验亚铁离子，故d正确；
故选d；　  
②根据SO₂+Br₂+2H₂O═2HBr+H₂SO₄知，二氧化硫被氧化生成硫酸，硫酸和氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，所以2.33g沉淀是BaSO₄，n（BaSO₄）=$\frac{2.33g}{233g/mol}$=0.01mol，根据S原子守恒得n（BaSO₄）=n（S）=n（SO₂）=0.01mol，标况下二氧化硫体积=0.01mol×22.4L/mol=224mL，二氧化硫体积分数=$\frac{224ml}{336ml}$×100%=66.7%，
故答案为：66.7%；
（3）品红溶液能检验二氧化硫存在，所以该装置的作用是检验SO₂是否除尽，故答案为：检验SO₂是否除尽；         
（4）气体Y中还可能含有Q的理由是碳和浓硫酸加热反应生成，反应的化学方程式为：C+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）碳和浓硫酸反应生成二氧化碳，所以Q为CO₂，二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水变浑浊，所以应该在排除二氧化硫条件下将气体通入澄清石灰水中检验二氧化碳，故选c，
故答案为：c；
（6）氢气具有还原性，在加热条件下，能将黑色的CuO还原为红色的Cu，且生成水，水能使无水硫酸铜变蓝色，所以如果Y中含有氢气，预计实验现象是D中固体由黑变红，E中固体由白变蓝，故答案为：装置D中固体由黑色变为红色，装置E中的无水硫酸铜变为蓝色．

点评 本题考查性质实验方案评价，为高频考点，明确实验原理是解本题关键，知道每个装置可能发生的反应及其作用，难点是判断碱石灰作用，题目难度中等．