Question

工業上常用鐵質容器盛裝冷濃硫酸。某興趣小組的同學發現：將一定量的生鐵與濃硫酸加熱時，觀察到固體完全溶解，并產生大量氣體。實驗室現有下列試劑： 0.01 mol/L 酸性KMnO₄溶液、0.10 mol/L KI溶液、新制氯水、淀粉溶液、蒸餾水。請你協助他們探究所得溶液和氣體的成分。
【提出猜想】
Ⅰ．所得溶液中的金屬離子可能含有Fe^2＋和Fe^3＋中的一種或兩種；
Ⅱ．所得氣體中肯定含有             氣體。
【實驗探究】

	實驗操作	預期現象	結 論
驗證猜想Ⅰ	步驟①：取少量0.01 mol/L 酸性KMnO4溶液，滴入所得溶液中
	步驟②：		含有Fe3＋
驗證猜想Ⅱ	將所得氣體通入如下裝置		含有兩種或以上氣體

【問題討論】
（1）有同學提出：若另外選用KSCN溶液，則僅利用KSCN和新制氯水兩種溶液即可完成猜想Ⅰ的所有探究，試問是否可行，并說明原因：                                  。
（2）有同學提出：試管中氣體可能是H₂和Q氣體，為此重新設計了實驗裝置如下圖（圖中夾持儀器省略）。

①Q產生的原因是                                    （用化學方程式表示）。
②為確認Q的存在，則M中盛放的試劑為            ，并將裝置M添加于      （選填序號）。
a．A之前      b．A-B間       c．B-C間       d．C-D間
③裝置圖中D、E、F組合的作用是                            。

Answer 1

SO₂ 
【實驗探究】
步驟①溶液紫紅色褪去；含有Fe^2＋
步驟②另取少量所得溶液，滴加KI和淀粉溶液；溶液變為藍色（或者另取少量溶液，滴加數滴KSCN溶液，溶液變成血紅色。）
猜想Ⅱ甲中KMnO₄溶液褪色，乙中KMnO₄溶液顏色不變，試管中收集到氣體
【問題討論】
（1）不正確（1分）；若溶液中含有Fe^3＋則無法檢驗溶液中是否含有Fe^2＋
（2）①C+2H₂SO₄(濃)=CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O
②澄清石灰水；c   ③確認是否有H₂

試題分析：【提出猜想】濃硫酸和鐵在加熱條件下反應生成二氧化硫，所以所得氣體中肯定含有SO₂，答案為：SO₂；
【實驗探究】驗證猜想Ⅰ：所得溶液中的金屬離子可能含有Fe^2＋和Fe^3＋中的一種或兩種；
酸性高錳酸鉀溶液顯紫紅色，有強氧化性，二價鐵離子有還原性，酸性高錳酸鉀能被二價鐵離子還原而使紫紅色褪去，如果步驟①溶液紫紅色褪去，說明含有二價鐵離子，否則沒有；碘化鉀有還原性，三價鐵離子有氧化性，碘離子能被三價鐵離子氧化生成單質碘，碘遇淀粉變藍色，所以步驟②另取少量所得溶液，滴加KI溶液和淀粉溶液，如果溶液變為藍色，說明含有三價鐵離子，否則沒有；答案為：溶液紫紅色褪去；含有Fe²⁺；另取少量所得溶液，滴加KI溶液和淀粉溶液；溶液變為藍色；
猜想Ⅱ：所得氣體中肯定含有SO₂氣體；
二氧化硫有還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，氫氣不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，但氫氣不易溶于水，所以如果甲中KMnO₄溶液褪色，說明含有二氧化硫；乙中KMnO₄溶液顏色不變，說明二氧化硫完全被吸收，如果試管中收集氣體，只能是氫氣，答案為：甲中KMnO₄溶液褪色，乙中KMnO₄溶液顏色不變，試管中收集到氣體；
【問題討論】
（1）氯水具有氧化性，二價鐵離子有還原性，氯水能將二價鐵離子氧化生成三價鐵離子，KSCN只能檢驗三價鐵離子不能檢驗二價鐵離子，所以若溶液中含有Fe³⁺則無法檢驗溶液中是否含有Fe²⁺，所以該觀點不正確，答案為：不正確，若溶液中含有Fe³⁺則無法檢驗溶液中是否含有Fe²⁺；
（2）①在加熱時，生鐵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)CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；②Q為二氧化碳，二氧化碳和二氧化硫都能使澄清石灰水變渾濁，選擇a或b受二氧化硫的影響無法判斷二氧化碳的存在，選d時二氧化碳被堿石灰吸收，答案為：澄清的石灰水，C；③根據氫氣的性質分析，氫氣具有還原性，能還原黑色的氧化銅而生成水，水能使白色的無水硫酸銅變藍。答案為：確認是否有H₂。