Question

（16分）某研究性學(xué)習(xí)小組為研究鐵粉與濃硫酸反應(yīng)所生成氣體的成份并測定各氣體的含量，進(jìn)行了如下實驗：【實驗推測】足量的鐵粉與濃硫酸反應(yīng)能生成SO₂和H₂兩種氣體。
（1）該小組作出此推測的理由是：                                                    。
【實驗準(zhǔn)備】a．供選擇的藥品：鐵粉、濃硫酸、氧化銅粉末、0.2 mol/L的H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.1 mol/L的酸性KMnO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液、酸堿指示劑。
b．實驗裝置設(shè)計及組裝(加熱及夾持裝置均已略去)

【實驗過程及數(shù)據(jù)處理】
（2）B中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：                                                  。
（3）實驗前先通入一段時間的N₂，其目的是                                           。
（4）B、C、D中所盛試劑均足量，則證實生成的氣體中同時存在SO₂和H₂的現(xiàn)象是       
                                                                               。
（5）A中反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通N₂使A中生成的氣體全部趕出，待B、D中反應(yīng)完全后，先后三次取用B中反應(yīng)后的溶液于錐形瓶中，每次取用25 mL，用H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定。
①H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液與酸性KMnO₄溶液反應(yīng)的離子方程式如下，請將該方程式完成并配平。
(  )H₂C₂O₄+(  )MnO₄^- +(  )H⁺ ＝(  )Mn²⁺ +(  ) H₂O+(  ) (      )
②反應(yīng)完全的現(xiàn)象是                                                       。
③重復(fù)測定兩次，平均每次耗用H₂C₂O₄標(biāo)準(zhǔn)溶液15.63 mL，則鐵與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的SO₂氣體
的物質(zhì)的量為               ；經(jīng)稱量，實驗前后裝置D的質(zhì)量減少0.8 g，則產(chǎn)生的氣體中SO₂的體積分?jǐn)?shù)為           。

Answer 1

（16分） （1）在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應(yīng)生成SO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度變稀，與Fe反應(yīng)生成H₂
（2） 5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3） 排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發(fā)生爆炸。
（4） B瓶中溶液紫紅色變淺說明生成了SO₂，D中黑色粉末變紅說明生成了H₂。(答對一種得1分)
（5） ①5、2、6、2、8、10CO₂ 
②滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液時KMnO₄溶液的紫紅色褪去且半分鐘之內(nèi)不恢復(fù)。
③0.025 mol，              33.3%

解析試題分析：（1）在加熱的條件下濃硫酸與Fe反應(yīng)生成SO₂，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，硫酸濃度變稀，與Fe反應(yīng)生成H₂，所以足量的鐵與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體可能是二者的混合氣體；
（2）B中發(fā)生的反應(yīng)是二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，離子方程式為5SO₂+2MnO₄^-+2H₂O＝5SO₄^2-+2Mn²⁺+4H⁺
（3）實驗中產(chǎn)生的氫氣與空氣混合易發(fā)生爆炸，所以實驗前先通入一段時間的N₂，目的是排除裝置中的空氣，防止H₂與空氣混合受熱發(fā)生爆炸。
（4）二氧化硫與酸性高錳酸鉀反應(yīng)，使溶液顏色變淺或褪色，氫氣還原氧化銅有Cu生成，使黑色固體變紅，所以實驗現(xiàn)象是B瓶中溶液紫紅色變淺說明生成了SO₂，D中黑色粉末變紅說明生成了H₂。
（5）①H₂C₂O₄中的C元素是+3價，產(chǎn)物應(yīng)升高到+4價，所以空白處的產(chǎn)物是CO₂，升高2價，MnO₄^-中的Mn是+7價，產(chǎn)物中的Mn是+2價，降低5價，根據(jù)得失電子守恒，可知H₂C₂O₄的系數(shù)是5，MnO₄^-,的系數(shù)是2，從而CO₂的系數(shù)是10，Mn²⁺,的系數(shù)是2，再根據(jù)電荷守恒配平H⁺的系數(shù)是6，最后根據(jù)質(zhì)量守恒配平H₂O的系數(shù)是8；
②高錳酸鉀溶液為紫色溶液，當(dāng)反應(yīng)完全時滴入最后一滴H₂C₂O₄溶液，KMnO₄溶液的紫色褪去且半分鐘之內(nèi)不恢復(fù)；
③實驗中消耗H₂C₂O₄的物質(zhì)的量是0.2 mol/L×15.63×10^-3L=3.126×10^-3mol，則反應(yīng)后B溶液中的高錳酸鉀的物質(zhì)的量是3.126×10^-3mol×2/5×8=0.01mol，所以用于和二氧化硫反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量是0.1mol/L×0.2L-0.01mol=0.01mol,則B中吸收二氧化硫的物質(zhì)的量是0.01mol×5/2=0.025mol；
根據(jù)D中的固體的質(zhì)量的減少值，可計算氫氣的物質(zhì)的量。
CuO+H₂=Cu+H₂O，   固體質(zhì)量減少
1mol               16g
n                   0.8g
解得n=0.05mol,
所以混合氣體中有0.025mol的SO₂和0.05mol的H₂，實驗后二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)也是物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是0.025/(0.025+0.05) ×100%=33.3%.
考點：考查鐵與濃硫酸的反應(yīng)實驗，氣體的檢驗，氧化還原反應(yīng)的計算，離子方程式的書寫與配平，實驗現(xiàn)象的判斷，對實驗的分析