Question

3．某學(xué)習(xí)小組用碳素鋼進行了以下探究活動：
[探究一]（1）將已去除表面氧化膜的碳素鋼釘放入冷濃硫酸中，10min后將鋼釘浸入CuSO₄溶液中，鋼釘表面無明顯變化，其原因是Fe表面被濃硫酸作用發(fā)生了鈍化，生成了一層氧化物膜．
（2）稱取6.0g碳素鋼放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應(yīng)后得到溶液X并收集到混合氣體Y．
①甲同學(xué)認為X中除Fe³⁺之外還可能含有Fe²⁺，若要確認是否含有Fe²⁺，可選用CD（選填序號）．
A．KSCN溶液       B．濃氨水     C．酸性KMnO₄溶液      D．K₃[Fe（CN）₆]溶液
②乙同學(xué)取560mL（標準狀況）干燥氣體Y通入足量溴水中，然后加入足量BaCl₂溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得到干燥固體4.66g，由此可知Y中含硫化合物Q₁的體積分數(shù)為80%．
[探究二]丙同學(xué)認為氣體Y中還可能含有Q₂、Q₃兩種氣體（相同條件下Q₁、Q₂、Q₃氣體的密度依次減�。�．為此，設(shè)計了下列裝置進行實驗探究（假設(shè)有關(guān)氣體完全反應(yīng)）．

（3）裝置B中試劑的作用是確認SO₂已除盡．
（4）已知洗氣瓶M中盛裝的是澄清石灰水，為確認Q₂的存在，洗氣瓶M的位置應(yīng)在B與C之間，產(chǎn)生Q₂的反應(yīng)的化學(xué)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（5）確認含有氣體Q₃的實驗現(xiàn)象是D中固體由黑變紅、E中固體由白變藍，產(chǎn)生Q₃的反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．

Answer 1

分析 [探究一]（1）常溫下，鐵易和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象，從而阻止進一步反應(yīng)；
（2）亞鐵離子有還原性，能還原酸性高錳酸鉀溶液而使其褪色，亞鐵離子遇到K₃[Fe（CN）₆]溶液變藍色是亞鐵離子的特征性質(zhì)；根據(jù)硫酸鋇與二氧化硫的關(guān)系式計算二氧化硫的體積，再根據(jù)體積分數(shù)公式計算；
[探究二]稱取6.0g碳素鋼放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應(yīng)后得到溶液X并收集到混合氣體Y，氣體Y中還可能含有Q₂、Q₃兩種氣體（相同條件下Q₁、Q₂、Q₃氣體的密度依次減�。┮罁�(jù)反應(yīng)實質(zhì)分析可知，濃硫酸和鐵反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，所含碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫和水，隨反應(yīng)進行濃硫酸變?yōu)橄×蛩岷丸F反應(yīng)生成氣體為氫氣，Q₁、Q₂、Q₃氣體成分為SO₂、CO₂、H₂，依據(jù)裝置通過裝置A中高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，裝置B中品紅溶液檢驗二氧化硫是否除凈，通過堿石灰吸收二氧化碳、水蒸氣，通過裝置D加熱的氧化銅和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成銅和水蒸氣，進入裝置F無水硫酸銅變藍色，裝置F是防止空氣中水蒸氣進入裝置F影響產(chǎn)物檢驗，
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，據(jù)此判斷是否含有二氧化硫；
（4）用澄清石灰水檢驗二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾；碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳；
（5）濃硫酸隨反應(yīng)進行濃度減小變化為稀硫酸和鐵反應(yīng)生成Q₃為氫氣；

解答 解：[探究一]（1）常溫下，F(xiàn)e易和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成致密的氧化物薄膜而阻止進一步被氧化，該現(xiàn)象為鈍化現(xiàn)象，所以放入濃硫酸后的碳素鋼加入硫酸銅溶液中無變化，說明Fe表面發(fā)生了鈍化，生成了一層氧化物膜，
故答案為：Fe表面被濃硫酸作用發(fā)生了鈍化，生成了一層氧化物膜；
（2）①亞鐵離子具有還原性，而酸性高錳酸鉀有氧化性，發(fā)生氧化還原反應(yīng)使高錳酸鉀溶液褪色，亞鐵離子遇到K₃[Fe（CN）₆]溶液變藍色，故選CD，
故答案為：CD；
②SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，所以硫酸鋇和二氧化硫之間的關(guān)系式為SO₂-----BaSO₄，設(shè)二氧化硫的體積為V，
SO₂-----BaSO₄，
22.4L   233g
V     4.66g
V=0.448l=448mL，
所以二氧化硫的體積分數(shù)=$\frac{448mL}{560ml}$×100%=80%，
故答案為：80%；
[探究二]稱取6.0g碳素鋼放入15.0mL濃硫酸中，加熱，充分反應(yīng)后得到溶液X并收集到混合氣體Y，氣體Y中還可能含有Q₂、Q₃兩種氣體（相同條件下Q₁、Q₂、Q₃氣體的密度依次減�。┮罁�(jù)反應(yīng)實質(zhì)分析可知，濃硫酸和鐵反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，所含碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫和水，隨反應(yīng)進行濃硫酸變?yōu)橄×蛩岷丸F反應(yīng)生成氣體為氫氣，Q₁、Q₂、Q₃氣體成分為SO₂、CO₂、H₂，依據(jù)裝置通過裝置A中高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，裝置B中品紅溶液檢驗二氧化硫是否除凈，通過堿石灰吸收二氧化碳、水蒸氣，通過裝置D加熱的氧化銅和氫氣發(fā)生反應(yīng)生成銅和水蒸氣，進入裝置F無水硫酸銅變藍色，裝置F是防止空氣中水蒸氣進入裝置F影響產(chǎn)物檢驗，
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，所以用品紅溶液檢驗二氧化硫是否除盡，
故答案為：確認二氧化硫已經(jīng)除盡；
（4）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫還能使品紅溶液褪色，所以要檢驗二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，B裝置是檢驗二氧化硫是否除盡，所以澄清石灰水應(yīng)放置在B和C之間，碳素鋼中含有碳，加熱條件下，碳能和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應(yīng)方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：B與C之間，C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）確認含有氣體Q₃為氫氣的實驗現(xiàn)象是，氫氣還原氧化銅固體黑色變化為紅色，生成氣體中含水蒸氣，遇到無水硫酸銅變藍色，確認含有氣體Q₃的實驗現(xiàn)象是D中固體由黑變紅、E中固體由白變藍，產(chǎn)生Q₃的反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：D中固體由黑變紅、E中固體由白變藍，F(xiàn)e+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；

點評 本題考查了濃硫酸的性質(zhì)、二氧化硫的性質(zhì)、常見物質(zhì)的檢驗等知識點，注意常溫下，鐵和冷的濃硫酸不是不反應(yīng)，而是反應(yīng)生成了致密的氧化物薄膜而阻止了進一步反應(yīng)，題目難度中等．