Question

【題目】某化學興趣學習小組設計實驗探究金屬M與濃硫酸反應的氣體產(chǎn)物。

[提出假設]假設1：氣體產(chǎn)物只有SO2；假設2：_______________。

[實驗設計]為了探究金屬M與濃硫酸反應產(chǎn)物，設計如圖實驗裝置：一定量的濃硫酸與金屬M反應。

（1） 檢查上述裝置氣密性的一種方法是：關閉分液漏斗的活塞，在H裝置后面連上一根導管，然后_________________________，則證明裝置的氣密性良好。

（2）若B瓶里品紅溶液褪色，E、F和G中都無明顯現(xiàn)象。反應后硫酸鹽中金屬顯＋2價。寫A中發(fā)生反應的化學方程式：______________________；

（3）若假設2正確，則可觀察到：F管中_____________；G干燥管里______________。

[實驗反思] 為了進一步探究金屬M成分和氣體組分，進行如下實驗：

稱取11．2g金屬M放入裝置A中，加入一定量的濃硫酸，反應結束后，B瓶里品紅溶液褪色，金屬沒有剩余，拆下G并稱重，G增重0．9g。

（4）為了觀察溶液顏色，實驗完畢后，需要稀釋燒瓶里溶液。稀釋燒瓶里溶液的操作方法：________。

（5）將稀釋后的溶液分裝甲、乙試管，向甲試管里滴加KSCN溶液，溶液變紅色；向乙試管里滴加酸性高錳酸鉀溶液，振蕩，溶液紫色褪去。如果燒瓶溶液中金屬離子濃度相等，則氣體成分及物質(zhì)的量為__________。試寫出燒瓶里發(fā)生反應的總化學方程式____________________。

Answer 1

【答案】假設2：氣體產(chǎn)物有SO2和H2 將導氣管插入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，若導氣管冒氣泡，停止加熱有一段水柱上升； M＋2H2SO4（濃）MSO4＋SO2↑＋2H2O 黑色粉末變成紅色 白色粉末變?yōu)樗{色 先將燒瓶中混合溶液冷卻，再將混合液慢慢加入盛水的燒杯里，并不斷攪拌 SO2：0．20mol ；H2：0．05mol 4Fe＋9H2SO4(濃) 2FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4SO2↑＋H2↑＋8H2O

【解析】

當金屬過量時，且金屬較活潑，則生成的氣體中可能含有氫氣，所以假設2為：氣體產(chǎn)物有SO2和H2。

（1）檢查上述裝置氣密性的一種方法是：關閉分液漏斗的活塞，在H裝置后面連上一根導管，然后將導氣管插入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，若導氣管冒氣泡，停止加熱有一段水柱上升，則說明裝置的氣密性良好。

（2）反應后硫酸鹽中金屬顯+2價，類比銅與濃硫酸的反應，M與濃硫酸反應的化學方程式為：M＋2H2SO4(濃)MSO4＋SO2↑＋2H2O。

（3）如果F管中黑色粉末變成紅色、G中白色的無水硫酸銅變成藍色，說明二氧化硫中混有氫氣，從而證明假設2正確。

（4）濃硫酸溶于水放熱，且濃硫酸的密度大于水，因此可以類比稀釋濃硫酸的方法進行操作，方法為：先將燒瓶中混合溶液冷卻，再將混合液慢慢加入盛水的燒杯里，并不斷攪拌。

（5）向甲試管里滴加KSCN溶液，溶液變紅色，說明金屬M為Fe；G增重0.9g，0.9g為水的質(zhì)量，則氫氣的物質(zhì)的量為：n（H2）=n（H2O）=0.9g÷18g/mol＝0.05mol；1.2g鐵的物質(zhì)的量為：n(Fe)="11.2g÷56g/mol=" 0.2mol；向乙試管里滴加酸性高錳酸鉀溶液，振蕩，溶液紫色褪去，說明溶液中含有亞鐵離子，燒瓶溶液中金屬離子濃度相等，則鐵離子和亞鐵離子的物質(zhì)的量相等，n（Fe2+）=n（Fe3+）=0.1mol，根據(jù)電子守恒，生成二氧化硫的物質(zhì)的量為：n（SO2）=mol＝0.20mol，因此鐵與硫酸反應的化學方程式為：4Fe＋9H2SO4（濃）2FeSO4＋Fe2(SO4)3＋4SO2↑＋H2↑＋8H2O。

【點晴】

該題是綜合性實驗題，難度較大。掌握有關物質(zhì)的化學性質(zhì)和實驗原理是關鍵，再進行有關計算時需要借助于各種守恒法。另外關于裝置氣密性檢驗需要注意：檢查裝置氣密性的原理一般都是通過改變裝置內(nèi)氣體壓強實現(xiàn)的，若檢查氣密性的裝置本身是一個非氣密性裝置，則第一步要處理成一個密閉體系。裝置氣密性的檢查，難在以下兩點：一是方法，二是文字表述。其敘述形式是：裝置形成封閉體系→操作(微熱、手捂、熱毛巾捂、加水等)→描述現(xiàn)象→得出結論；①微熱法檢查的關鍵詞是封閉、微熱、氣泡、水柱；②液差(封)法的關鍵詞是封閉、液差。