Question

【題目】濃硫酸與金屬的反應(yīng)是我們一直探討和研究的重要課題之一。

Ⅰ.銅與濃硫酸反應(yīng)的過程中，發(fā)現(xiàn)有黑色物質(zhì)出現(xiàn)，且黑色物質(zhì)為Cu2S。產(chǎn)生Cu2S的反應(yīng)為aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O。則a：b=______.

Ⅱ.為研究鐵質(zhì)材料與熱濃硫酸的反應(yīng)，某學(xué)習(xí)小組用碳素鋼(即鐵和碳的合金)進(jìn)行了以下探究活動：

（探究一）(1)常溫下，工業(yè)上用鐵質(zhì)容器盛放冷的濃硫酸，其原因是________；

(2)鐵與濃硫酸在加熱時的化學(xué)方程式為：______________；

(3)稱取碳素鋼6.0g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(rèn)為X中除Fe3+之外還可能含有Fe2+。若要確認(rèn)其中的Fe2+，應(yīng)選用____________；

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560mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應(yīng)后加入足量BaCl2溶液，經(jīng)適當(dāng)操作后得干燥固體4.66g。由此推知?dú)怏wY中SO2的體積分?jǐn)?shù)為_______；

（探究二）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)中SO2體積分?jǐn)?shù)的分析，丙同學(xué)認(rèn)為氣體Y中還可能含有Q1和Q2兩種氣體，其中Q1氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為0.0893g/L。為此設(shè)計了下列探究實(shí)驗(yàn)裝置(圖中夾持儀器省略，假設(shè)有關(guān)氣體完全反應(yīng))。

(4)裝置B中試劑的作用是__________；

(5)分析Y氣體中的氣體是如何生成的___________(用化學(xué)方程式表示)：

(6)為確認(rèn)的存在，需在裝置中添加洗氣瓶M于___________；

a．A之前 b．A-B間 c．B-C間 d．C-D間

（7）如果氣體Y中含有，預(yù)計實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象應(yīng)是_________________。

Ⅲ.將一定質(zhì)量的Zn與100mL一定濃度的H2SO4充分反應(yīng)：

(1)若反應(yīng)前c(H2SO4)=12.0mol/L，反應(yīng)后稱量剩余鋅發(fā)現(xiàn)質(zhì)量減少了65.0g。將反應(yīng)后的溶液稀釋至1L，此時溶液中c(SO42-)=______mo/L，產(chǎn)生SO2體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)V(SO2)=______L；

(2)將(1)中產(chǎn)生的氣體緩緩?fù)ㄈ?/span>100mL a mo/L NaOH溶液中，SO2和NaOH都完全消耗，則a的取值范圍為______。

Answer 1

【答案】5：4 鐵釘表面被鈍化(或其他合理答案) 2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O d 80% 檢驗(yàn)SO2是否除盡 C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O c D中固體由黑色變紅色和E中固體由白色變藍(lán)色 1 4.48 2≤a≤4

【解析】

I.根據(jù)轉(zhuǎn)移電子及原子守恒配平方程式，從而確定a、b關(guān)系；

(1)根據(jù)濃硫酸的強(qiáng)氧化性及Fe被氧化產(chǎn)物的性質(zhì)分析；

(2)鐵與濃硫酸在加熱時反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鐵、二氧化硫和水；

(3)①亞鐵離子有還原性，能還原酸性高錳酸鉀溶液而使其褪色；

②氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4反應(yīng)，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?jǐn)?shù)公式計算；

(4)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；

(5)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；

(6)用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，首先要排除二氧化硫的干擾；

(7)Q1氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，密度為0.0893g/L，其相對分子質(zhì)量為2，所以是氫氣，氫氣檢驗(yàn)還原性，能含有氧化銅同時生成水，水能使無水硫酸銅變藍(lán)．

III.(1)硫酸完全反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，結(jié)合方程式計算；

(2)SO2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生的鹽可能為NaHSO3、Na2SO3，也可能是二者的混合物，用極值法計算。

I. aCu+bH2SO4cCu2S+dCuSO4+eH2O中Cu元素化合價由0價變?yōu)?/span>+1價、+2價、S元素化合價由+6價變?yōu)?/span>-2價，轉(zhuǎn)移電子數(shù)為6，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子守恒及原子守恒配平方程式為5Cu+4H2SO4Cu2S+3CuSO4+4H2O，所以a：b=5：4；

(1)中常溫下，工業(yè)上用鐵質(zhì)容器盛放冷的濃硫酸，是由于濃硫酸具有強(qiáng)的氧化性，會將Fe表面氧化產(chǎn)生一層致密的氧化物薄膜，阻止金屬的進(jìn)一步反應(yīng)，即產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象；

(2)在加熱時，Fe與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生硫酸鐵、二氧化硫和水，根據(jù)電子守恒、原子守恒，可得反應(yīng)方程式：2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O；

(3)①因?yàn)橛?/span>Fe3+的干擾，可以利用Fe2+具有還原性、可以被酸性KMnO4溶液氧化，發(fā)生氧化還原反應(yīng)使高錳酸鉀溶液褪色，故合理選項是d；

②氣體Y通入足量溴水中，發(fā)生反應(yīng)，SO2+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，n(SO2)=n(BaSO4)==0.02mol，所以SO2氣體的體積為V(SO2)=0.02mol×22.4L/mol=0.448l=448mL，所以二氧化硫的體積分?jǐn)?shù)為(0.448mL÷560ml)×100%=80%；

(4)裝置B中試劑是品紅溶液，其作用是檢驗(yàn)二氧化硫是否除盡；

(5)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)CO2↑+2SO2↑+2H2O；

(6)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(yàn)二氧化碳必須排除二氧化硫的干擾，B裝置是檢驗(yàn)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，即在通入堿石灰之前檢驗(yàn)，故合理選項是c；

(7)Q1氣體，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，密度為0.0893g/L，則其摩爾質(zhì)量為M=0.0893g/L×22.4L/mol=2g/mol，其相對分子質(zhì)量為2，因此Q1為H2，氫氣具有還原性，能將黑色的CuO生成紅色的Cu單質(zhì)，同時產(chǎn)生水，水能使無水硫酸銅變?yōu)樗{(lán)色，這是檢驗(yàn)水的特征反應(yīng)，乙醇若D中氧化銅變紅，E中無水硫酸銅變藍(lán)，則證明含有氫氣；

III.(1) 一定質(zhì)量的Zn與100mL12.0mol/L的H2SO4的濃溶液充分反應(yīng)，反應(yīng)后稱量剩余鋅發(fā)現(xiàn)質(zhì)量減少了65.0g，則參加反應(yīng)Zn的物質(zhì)的量為1mol，H2SO4的物質(zhì)的量為n(H2SO4)=0.1L×12mol/L=1.2mol，由于硫酸都沒有剩余，設(shè)與濃硫酸反應(yīng)的Zn為xmol，與稀硫酸反應(yīng)的Zn為ymol，則：

Zn+2H2SO4(濃)=ZnSO4+SO2↑+2H2O，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，

x 2x x x y y y

由題意可知：x+y=1；2x+y=1.2，解得x=0.2mol，y=0.8mol，因此將反應(yīng)后的溶液稀釋至1L，此時溶液中c(SO42-)==1mol/L，反應(yīng)產(chǎn)生的SO2氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V(SO2)=0.2mol×22.4L/mol=4.48L；

(2) SO2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生的鹽可能為酸式鹽NaHSO3，也可能為正鹽Na2SO3，也可能是二者的混合物。若SO2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)生的鹽若完全為NaHSO3，根據(jù)元素守恒可得n(NaOH)=n(SO2)=0.2mol，0.1L×amol/L=0.2mol，所以a=2mol/L；若完全為正鹽Na2SO3，則n(NaOH)=2n(SO2)=0.4mol，0.1L×amol/L=0.4mol，所以a=4mol/L；若形成的鹽既含有NaHSO3，也含有Na2SO3，則需要的NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度在2到4之間，即2≤a≤4。