Question

7．兩個化學興趣小組進行了以下探究活動：
第一組：為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)
（l）稱取鐵釘（碳素鋼）12.0g放入30.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應(yīng)后得到溶液X并收集到氣體Y．
①檢驗溶液X中含有SO₄^2-的試劑是HCl、BaCl₂
②乙同學取896ml（標準狀況氣體Y 通入足量溴水中，充分反應(yīng)后，再滴加足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當操作后得到干燥固體4.66g．據(jù)此推知氣體Y中還可能含有H₂和CO₂氣體．為此設(shè)計了如圖1探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略）．

（2）寫出產(chǎn)生CO₂的化學方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O
（3）裝置F的作用檢驗是否有水蒸氣產(chǎn)生
（4）簡述氣體Y中含有CO₂的實驗現(xiàn)象是B中品紅不褪色，C中澄清石灰水變渾濁
第二組：擬用圖2裝置定量分析空氣中SO₂的含量：
（5）實驗需要配制KMnO₄溶液，下列操作會引起所配溶液濃度偏大的是B（填寫字母），
A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來配制溶液
B．定容時，觀察液面俯視刻度線
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒有再加蒸餾水
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒．并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中
（6）該實驗中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)有氣體流速a L/min、酸性KMnO₄溶液的體積b L，其濃度為c mol/L．若從氣體通入到紫色恰好褪去，用時5分鐘．則此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為$\frac{32bc}{a}$g/L．

Answer 1

分析 （1）碳素鋼放入濃硫酸中，在加熱時發(fā)生反應(yīng)：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，隨著反應(yīng)的進行，當酸溶液變稀后會發(fā)生反應(yīng)：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑．反應(yīng)后得到的溶液X中含有硫酸鐵、及過量的硫酸，氣體Y中含有SO₂、CO₂和水蒸氣．在檢驗時要注意排除 SO₃^2-、CO₃^2- 等離子的影響，先加鹽酸排除干擾離子，再加氯化鋇檢驗硫酸根離子；
（2）碳能和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水；
（3）無水硫酸銅遇到水蒸氣變藍色分析；
（4）確認氣體Y中含有CO₂，應(yīng)完全排除二氧化硫的干擾，根據(jù)二氧化硫的漂白性解答；
（5）A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來配制溶液，由于不影響溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積；
B．定容時，觀察液面俯視刻度線，則溶液的體積偏�。�
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒有再加蒸餾水，操作合理；
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒，并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中，操作正確；
（6）該實驗中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)有氣體流速a L/min、酸性KMnO₄溶液的體積b L，其濃度為c mol/L．若從氣體通入到紫色恰好褪去，用時5分鐘，則氣體的體積是V=5aL，根據(jù)SO₂與KMnO₄反應(yīng)的方程式：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知n（SO₂）=$\frac{5}{2}$n（KMnO₄）=2.5bcmol，以此計算此次取樣處的空氣中二氧化硫含量．

解答 解：（1）①檢驗 SO₄^2- 時要避免 SO₃^2- 的影響，就不要加入稀硝酸，因為稀硝酸能把SO₃^2- 氧化為SO₄^2-，從而干擾SO₄^2- 的檢驗；要先加入過量稀鹽酸，以除去 SO₃^2-、CO₃^2- 等離子的影響，同時，當加入稀鹽酸時沒有沉淀，可排除Cl^-的影響．當然，若溶液中不含SO₃^2-離子，則加入稀硝酸也可．檢驗SO₄^2-可用BaCl₂溶液，看有沒有白色沉淀產(chǎn)生．綜上分析可知，檢驗?zāi)橙芤褐惺欠窈�有SO₄^2-的操作方法是：首先在試液中加入鹽酸酸化，再加入BaCl₂溶液，若有BaSO₄白色沉淀產(chǎn)生，則證明有SO₄^2-，檢驗溶液X中含有SO₄^2-的試劑是HCl、BaCl₂，
故答案為：HCl、BaCl₂；
（2）碳能和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）裝置F的作用是檢驗生成物中的水蒸氣，無水硫酸銅遇到水蒸氣變藍色，
故答案為：檢驗是否有水蒸氣產(chǎn)生；
（4）確認氣體Y中含有CO₂，應(yīng)完全排除二氧化硫的干擾，當B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁，可說明含有CO₂，
故答案為：B中品紅不褪色，C中澄清石灰水變渾濁；
（5）A．容量瓶用蒸餾水洗滌后未干燥即用來配制溶液，由于不影響溶質(zhì)的物質(zhì)的量和溶液的體積，所以對配制的溶液的濃度不產(chǎn)生任何影響，故不選；
B．定容時，觀察液面俯視刻度線，則溶液的體積偏小，導(dǎo)致配制的溶液的濃度偏大，故選；
C．搖勻后，液面低于刻度線，沒有再加蒸餾水，則不會對溶液的濃度產(chǎn)生誤差，故不選；
D．用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒，并將洗滌液轉(zhuǎn)移入容量瓶中，操作正確無誤，故不選；
故答案為：B；
（6）該實驗中已經(jīng)知道的數(shù)據(jù)有氣體流速a L/min、酸性KMnO₄溶液的體積b L，其濃度為c mol/L．若從氣體通入到紫色恰好褪去，用時5分鐘，則氣體的體積是V=5aL，根據(jù)SO₂與KMnO₄反應(yīng)的方程式：2KMnO₄+5SO₂+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄可知n（SO₂）=$\frac{5}{2}$n（KMnO₄）=2.5bcmol，則此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為$\frac{2.5bcmol×64g/mol}{5aL}$=$\frac{32bc}{a}$g/L，
故答案為：$\frac{32bc}{a}$．

點評 本題考查物質(zhì)的性質(zhì)實驗及制備實驗，為高頻考點，把握化學實驗基本操作、鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)的實驗方案的設(shè)計、離子的檢驗方法、物質(zhì)成分的確定及混合物中組成成分的含量的計算的知識為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．