Question

10．兩個(gè)化學(xué)興趣小組進(jìn)行了以下探究活動(dòng)：
第一組：為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)，
（1）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甲同學(xué)認(rèn)為X中除Fe³⁺外還可能含有Fe²⁺．若要確認(rèn)其中是否含有Fe²⁺，應(yīng)選擇加入的試劑為d（選填序號(hào)）．
a．KSCN溶液和氯水  b．鐵粉和KSCN溶液   c．濃氨水   d．酸性KMnO₄溶液
②乙同學(xué)取672mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應(yīng)：
SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄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．據(jù)此推知?dú)怏wY 中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為66.7%．
分析上述實(shí)驗(yàn)中SO₂體積分?jǐn)?shù)的結(jié)果，丙同學(xué)認(rèn)為氣體Y中還可能含量有H₂和CO₂氣體．為此設(shè)計(jì)了下列探究實(shí)驗(yàn)裝置（圖中夾持儀器省略）．

（2）寫出產(chǎn)生CO₂的化學(xué)方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）裝置A中試劑的作用是除去混合氣體中的SO₂，反應(yīng)的離子方程式5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺．
（4）如果氣體Y中含有H₂，預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)是E中固體由黑變紅和F中固體由白變藍(lán)．
（5）簡(jiǎn)述確認(rèn)氣體Y中含有CO₂的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁．
第二組：擬用下列裝置定量分析空氣中SO₂的含量：
注：氣體流速管是用來(lái)測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)氣體的體積的裝置
（6）KMnO₄溶液中導(dǎo)管末端做成球狀多孔結(jié)構(gòu)的作用是增大接觸面積，有利于SO₂的充分吸收．
（7）該實(shí)驗(yàn)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(shí)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）①Fe²⁺具有還原性，可與高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
②根據(jù)反應(yīng)的方程式SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，H₂SO₄+BaCl₂=BaSO₄↓+2HCl，利用關(guān)系式法解答；
（2）碳能和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳和水；
（3）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，可用酸性高錳酸鉀除去，為避免空氣中水合二氧化碳進(jìn)入F裝置，G裝置起到可吸收空氣中的水和二氧化碳的作用；
（4）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質(zhì)，同時(shí)生成水，水能使無(wú)水硫酸銅變藍(lán)色；
（5）確認(rèn)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；
（6）KMnO₄溶液中導(dǎo)管末端做成球狀多孔結(jié)構(gòu)可以增大氣體與溶液的接觸，使氣體充分被吸收；
（7）通入空氣體積5aL，反應(yīng)的KMnO₄物質(zhì)的量為bcmol，根據(jù)KMnO₄物質(zhì)的量運(yùn)用方程式計(jì)算空氣中二氧化硫的物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算空氣中二氧化硫含量．

解答 解：（1）①溶液為Fe³⁺和Fe²⁺離子的混合物，加入KSCN溶液和氯水、鐵粉和KSCN溶液、濃氨水都不能檢驗(yàn)亞鐵離子的存在，亞鐵離子具有還原性，高錳酸鉀溶液呈紫色，具有氧化性，可與亞鐵離子在酸性條件下反應(yīng)二褪色，
故答案為：d；
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?jǐn)?shù)=$\frac{448mL}{672mL}$×100%=66.7%，
故答案為：66.7%；
（2）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：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）二氧化硫和二氧化碳都能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化硫具有還原性，可與酸性高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
故答案為：除去混合氣體中的SO₂；5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O=5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺；
（4）氫氣具有還原性，能還原性，能還原黑色的氧化銅生成紅色的銅單質(zhì)，同時(shí)生成水，水能使無(wú)水硫酸銅變藍(lán)色，這是檢驗(yàn)水的特征反應(yīng)，所以如果D中氧化銅變紅，E中無(wú)水硫酸銅變藍(lán)，則證明含有氫氣，
故答案為：E中黑色固體變紅色，F(xiàn)中無(wú)水硫酸銅由白色變藍(lán)色；
（5）確認(rèn)氣體Y中含有CO₂，應(yīng)完全排除二氧化硫的干擾，當(dāng)B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁，可說(shuō)明含有CO₂，
故答案為：B中品紅溶液不褪色，C中石灰水變渾濁；
（6）KMnO₄溶液中導(dǎo)管末端做成球狀多孔結(jié)構(gòu)可以增大氣體與溶液的接觸，有利于SO₂的充分吸收．
故答案為：增大接觸面積，有利于SO₂的充分吸收；
（7）通入空氣體積a L/min×5min=5aL，KMnO₄物質(zhì)的量為bL×cmol/L=bcmol，
5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=2H₂SO₄+2MnSO₄+K₂SO₄
5        2
n（SO₂） bcmol
所以 n（SO₂）=$\frac{5}{2}$bcmol，質(zhì)量為 $\frac{5}{2}$bcmol×64g/mol=160bcg，
此次取樣處的空氣中二氧化硫含量為$\frac{160bcg}{5aL}$=$\frac{32bc}{a}$g/L．
故答案為：$\frac{32bc}{a}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了元素及其化合物的性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、探究物質(zhì)的組成和含量，為高頻考點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，難度較大，掌握濃硫酸、二氧化硫等物質(zhì)的性質(zhì)是關(guān)鍵，平時(shí)學(xué)習(xí)中加強(qiáng)離子方程式的書寫及計(jì)算能力的培養(yǎng)．