Question

20．某�；瘜W興趣小組同學取鋅粒與濃H₂SO₄充分反應制取SO₂氣體，待鋅粒全部溶解后，同學們準備用收集到的氣體（X）準備做實驗，但是老師說收集到的氣體（X）可能含有雜質．
（1）該化學興趣小組制得的氣體（X）中混有的主要雜質氣體可能是H₂（填化學式），寫出此過程所發(fā)生的2個化學反應方程式：Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O、Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑．
（2）一定質量的Zn與87.5mL  16.0mol/L濃硫酸充分反應，反應后稱量剩余鋅發(fā)現(xiàn)質量減少了78g，產(chǎn)生SO₂體積（標準狀況下）=4.48L．
（3）為證實相關分析，該小組的同學設計了如圖1所示的實驗裝置，對此氣體（X）取樣進行認真研究（遇有氣體吸收過程，可視為全吸收）．

①酸性KMnO₄溶液的作用是除去二氧化硫氣體；B中添加的試劑是濃硫酸．
②裝置C中所裝藥品為CuO，可證實氣體X中混有較多量某雜質氣體的實驗現(xiàn)象是C中黑色粉末變?yōu)榧t色，D中的白色固體變?yōu)樗{色．
（4）實驗室中某些氣體的制取、收集及尾氣處理裝置如圖2所示（省略夾持和凈化裝置）．僅用此裝置和表中提供的物質完成相關實驗，最合理的選項是D

選項	a物質	b物質	c收集的氣體	d中的物質
A	濃氨水	NaOH	NH3	H2O
B	濃硫酸	Na2SO3	SO2	澄清石灰水
C	稀硝酸	Cu	NO2	H2O
D	濃鹽酸	KMnO4	Cl2	NaOH溶液

Answer 1

分析 （1）濃硫酸隨反應進行濃度變小后，稀硫酸和鋅反應生成氫氣，所以氣體雜質含有氫氣；鋅和濃硫酸反應生成硫酸鋅，二氧化硫和水，鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，據(jù)此書寫化學方程式；
（2）硫酸完全反應，發(fā)生反應：Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O，Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑，結合方程式計算；
（3）證明氣體中含有氫氣，酸性高錳酸鉀溶液目的吸收生成的二氧化硫氣體，則B裝置中加濃硫酸吸收氣體表面的水分，裝置C將殘留的氣體通過灼熱的氧化銅反應，目的是驗證該氣體具有還原性，裝置D無水硫酸銅檢驗水，若變藍色則C裝置反應生成水，根據(jù)元素守恒且該氣體具有還原性，則X氣體為H₂，據(jù)此進行分析；
（4）A．氨氣密度比空氣��；
B．澄清石灰水濃度較小；
C．鐵與稀硝酸反應產(chǎn)生的氣體為NO，一氧化氮難溶于水；
D．濃鹽酸和高錳酸鉀反應生成氯氣．

解答 解：（1）濃硫酸隨反應進行濃度變小后，稀硫酸和鋅反應生成氫氣，所以氣體雜質含有氫氣；鋅和濃硫酸反應生成硫酸鋅，二氧化硫和水，故對應的化學方程式為Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O，鋅和稀硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，
故對應的化學方程式為Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑，
故答案為：H₂；Zn+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ZnSO₄ +SO₂↑+2H₂O、Zn+2H₂SO₄=ZnSO₄ +H₂↑；
（2）一定質量的Zn與87.5mL 16.0mol/L的H₂SO₄的濃溶液充分反應，反應后稱量剩余鋅發(fā)現(xiàn)質量減少了78.0g，則參加反應Zn的物質的量為1.2mol，H₂SO₄的物質的量為0.0875L×16mol/L=1.4mol，
由于硫酸都沒有剩余，設與濃硫酸反應的Zn為xmol，與稀硫酸反應的Zn為ymol，則：
Zn+2H₂SO₄（濃）=ZnSO₄+SO₂↑+H₂O
x        2x                   x         x
Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑
y      y           y
由題意可知：
$\left\{\begin{array}{l}{x+y=1.2}\\{2x+y=1.4}\end{array}\right.$，解得x=0.2，y=1.0，
產(chǎn)生SO₂體積（標準狀況下）=0.2mol×22.4L/mol=4.48L，
故答案為：4.48；
（3）證明氣體中含有氫氣，酸性高錳酸鉀溶液目的吸收生成的二氧化硫氣體，則B裝置中加濃硫酸吸收氣體表面的水分，裝置C將殘留的氣體通過灼熱的氧化銅反應，目的是驗證該氣體具有還原性，裝置D無水硫酸銅檢驗水，若變藍色則C裝置反應生成水，根據(jù)元素守恒且該氣體具有還原性，則X氣體為H₂，
①由以上分析得，酸性KMnO₄溶液的作用是除去二氧化硫氣體；B中添加的試劑是濃硫酸，
故答案為：除去二氧化硫氣體；濃硫酸；
②由以上分析得，裝置C中所裝藥品為CuO；可證實氣體X中混有較多量某雜質氣體的實驗現(xiàn)象是C中黑色粉末變?yōu)榧t色，D中的白色固體變?yōu)樗{色，
故答案為：CuO；C中黑色粉末變?yōu)榧t色，D中的白色固體變?yōu)樗{色；
（4）A．氨氣密度比空氣小，集氣瓶中導管應短進長出，故A錯誤；
B．澄清石灰水濃度較小，不能用來處理尾氣，故B錯誤；
C．鐵與稀硝酸反應產(chǎn)生的氣體為NO，一氧化氮難溶于水，不能用溶液吸收，故C錯誤；
D．濃鹽酸和高錳酸鉀反應生成氯氣，氯氣可用氫氧化鈉吸收，故D正確；
故答案為：D．

點評 本題考查了制備方案設計，題目難度中等，側重于考查學生的實驗探究能力，注意把握硫酸及其化合物的性質，明確實驗目的和實驗原理是解題的關鍵．