Question

工業(yè)上常用鐵質容器盛裝冷濃酸．為研究鐵質材料與硫酸的反應，某學習小組進行了以下探究活動：
【探究一】（1）將己去除表面氧化物的鐵釘（碳素鋼）放入冷濃硫酸中，10分鐘后移入硫酸銅溶液中，片刻后取出觀察，鐵釘表面無明顯變化，其原因是

 

．
（2）另取該鐵釘樣品放入一定體積的濃硫酸中，加熱，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y．
①甲同學認為X中除Fe³⁺外還可能含有Fe²⁺．若要確認其中的Fe²⁺，應選用

 

（填序號）．
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乙同學取336mL（標準狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應：SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄   然后加入足量BaCl₂溶液，經適當操作后得干燥固體2.33g．由此推知氣體Y中SO₂的體積分數為

 

．
【探究二】分析上述實驗中SO₂體積分數的結果，丙同學認為氣體Y中還可能含H₂和Q氣體．為此設計了下列探究實驗裝置（圖中夾持儀器省略）．

（3）裝置B中試劑的作用是

 

．
（4）認為氣體Y中還含有Q的理由是

 

（用化學方程式表示）．
【探究三】對鐵釘中單質鐵的含量（其他成分和硫酸不反應）進行測定，他們先配制一定物質的量濃度的硫酸，然后將一定質量的鐵與硫酸充分反應，并收集產生的氣體，有關數據如下表：

	①	②	③
硫酸溶液體積/mL	50	50	50
稱取鐵釘質量/g	5.0	6.0	7.0
再投入銅粉質量/g	1.0	1.0	1.0
標準狀況下的體積/L	1.97	2.24	2.24

（5）所配硫酸的物質的量濃度為

 

mol/L；鐵釘中單質鐵的質量分數為

 

．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量,濃硫酸的性質實驗

專題：

分析：（1）常溫條件下，鐵與濃硫酸能產生鈍化現(xiàn)象；
（2）根據亞鐵離子的性質選取試劑，亞鐵離子有還原性，可用強氧化性的物質檢驗，且必須有明顯的實驗現(xiàn)象；
（3）二氧化硫能使品紅溶液褪色，從而檢驗二氧化硫是否存在；
（4）根據鐵釘的成分分析，鐵釘中的鐵和碳在加熱條件下都能與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應；
（5）將題中表格所提供的三組數據進行比較分析，可以看出②和③中鐵的量在①的基礎增加了，但產生的氫氣沒有增加，說明酸不足，鐵過量，即①中酸過量，鐵釘完全溶解，所以硫酸的物質的量濃度可以根據②或③中的有關數據進行計算，參加反應的鐵則用①中的數據進行計算．

解答： 解：（1）鐵釘放入冷硫酸中，濃硫酸有較強的氧化性能使鐵釘鈍化阻止反應進一步進行，故答案為：鐵釘表面被氧化；
（2）①亞鐵離子能使酸性高錳酸鉀褪色，溶液中已經有三價鐵離子，選擇a會造成干擾，b能檢驗三價鐵離子的存在，選c生成兩種沉淀，受氫氧化鐵沉淀顏色的影響無法分辨，
故選d；
②SO₂具有還原性，通入足量溴水中，發(fā)生SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，則n（混合氣體）=

0.336L

22.4L/mol

=0.015mol；
SO₂ ～BaSO₄
1mol 233g
n    2.33g
n=0.01mol
所以二氧化硫的體積分數為：

0.01mol

0.015ml

×100%=66.7%，故答案為：66.7%；
（3）A除去二氧化硫，二氧化硫能使品紅溶液褪色，所以B可以檢驗A中是否完全除去二氧化硫，故答案為：檢驗二氧化硫是否除盡；
（4）在加熱時，鐵釘中不僅鐵和濃硫酸反應，碳也和濃硫酸反應生成生成二氧化硫、二氧化碳和水，反應方程式為
C+2H₂SO₄（濃硫酸）

△   .

CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O，故答案為：C+2H₂SO₄（濃硫酸）

△   .

CO₂ ↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）將題中表格所提供的三組數據進行比較分析，可以看出②和③中鐵的量在①的基礎增加了，但產生的氫氣沒有增加，說明酸不足，鐵過量，即①中酸過量，鐵釘完全溶解，所以硫酸的物質的量濃度可以根據②或③中的有關數據進行計算，參加反應的鐵則用①中的數據進行計算．
設50ml溶液中硫酸的物質的量為xmol．5g鐵釘中鐵的質量為yg．
Fe+H₂SO₄ ═FeSO₄ +H₂↑
1mol 1mol
x   

2.24L

22.4l/mol

x=0.1mol
稀硫酸的物質的量濃度=

0.1mol

0.05L

=2mol/L
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56g            1mol
yg           

1.97L

22.4L/mol

=0.088mol，

56g

y

=

1mol

0.088mol

y=4.925g，
單質鐵的質量分數=

4.925g

5.0g

×100%=98.5%
故答案為：2；98.5%．

點評：本題考查了濃硫酸、二氧化硫的性質及亞鐵離子、鐵離子的檢驗等知識點，難度較大，易錯題是（4），容易忽略鐵釘中的碳而導致該題不會分析．