Question

某研究性學習小組按如圖所示裝置，設計如下實驗，其中C中裝的是酸性KMnO₄溶液，D中為品紅溶液，E中為濃硫酸。請你幫助完成下列實驗報告，并完成一些問題。

(一)實驗目的：研究鐵與濃硫酸的反應。

(二)實驗藥品：鐵釘、濃硫酸、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、CuO、CuSO₄溶液。

(三)實驗步驟：

實驗步驟	實驗現象	結論
①連接好裝置，并檢查裝置的氣密性	—	—
②將鐵釘加入到燒瓶中，再向其中滴加濃硫酸	未見明顯現象	原因：____________
③點燃A、F處的酒精燈	片刻后，燒瓶中溶液的顏色發生變化，并有氣泡產生	原因：_____________

(四)完成下列問題：

(1)盛放藥品前，檢查此裝置氣密性的操作方法和現象是___________________________。

(2)在裝置A中放入有關藥品后，打開活塞K，將分液漏斗中的液體加入燒瓶中，關閉分液漏斗的活塞，點燃酒精燈，燒瓶中反應的化學方程式為____________________________。

(3)裝置G燒杯中盛放的液體是______________________________________，其作用是__________________________________________________。

(4)裝置B的作用是貯存多余的SO₂和防止其污染環境，則B中應盛放的液體是_______。

A.水              B.濃溴水             C.酸性KMnO₄溶液             D.飽和NaHSO₃溶液

(五)實驗探究：

在實驗過程中，該學生觀察到C裝置中顏色逐漸變淺，D裝置中溶液顏色未見明顯變化，再過一段時間后，F裝置中CuO粉末由黑色轉變為紅色，燒杯G中逐漸冒出氣泡，此時D裝置中溶液顏色仍未見明顯變化。

(1)F裝置中CuO粉末由黑色轉變為紅色的原因是________________________________。

(2)為了驗證鐵釘與濃硫酸在不加熱時是否發生反應，可采用的方法是________________。

Answer 1

(三)②鐵遇冷的濃硫酸發生鈍化，阻止鐵與濃硫酸繼續反應

③加熱使鐵表面的氧化物薄膜被破壞并發生反應，溶液中有Fe³⁺生成，并伴隨有SO₂氣體產生

(四)(1)將G裝置中導管口浸沒在液面下，關閉分液漏斗活塞，打開K，微熱A裝置，G裝置中導管有氣泡冒出；關閉K，B裝置中長頸漏斗中液面上升(B瓶中液面下降)，說明裝置不漏氣

(2)2Fe+6H₂SO₄(濃)Fe₂(SO₄)₃+3SO₂↑+6H₂O

(3)堿液  防止多余的SO₂氣體逸出污染環境

(4)D

(五)(1)A裝置中濃硫酸在加熱的條件下與鐵反應逐漸變為稀硫酸，發生置換反應：Fe+H₂SO₄FeSO₄+H₂↑，生成的H₂經過F裝置還原氧化銅：CuO+H₂Cu+H₂O

(2)將鐵釘放置在冷的濃硫酸中浸泡一段時間后，取出鐵釘置于硫酸銅溶液中，觀察鐵釘表面是否有銅析出。若沒有紅色的銅析出，則表明在不加熱時，鐵釘與濃硫酸發生反應，否則鐵釘與濃硫酸不發生反應(或其他合理方案)

解析：本題是一道有關濃硫酸的探究性實驗題，難點在問題的探究部分。

鐵在冷的濃硫酸中能發生鈍化，加熱時濃硫酸能將鐵氧化，反應產生還原性的SO₂，SO₂在水中的溶解度較大，能被溴水和酸性KMnO₄溶液氧化。B裝置中通過排液體貯存SO₂應該選用飽和NaHSO₃溶液。裝置C是用來除去SO₂的，裝置D是用來檢驗SO₂是否除盡的，裝置E是用來吸收水蒸氣的。實驗中D中的品紅溶液未明顯褪色，說明沒有SO₂進入裝有CuO的玻璃管，使CuO被還原的氣體只能是H₂，由此可以想到實驗中濃硫酸變成了稀硫酸。

若鐵與濃硫酸在不加熱時發生反應，因鈍化會使鐵的表面形成致密的氧化物保護膜，鐵將不能與CuSO₄等發生置換反應；反之能與CuSO₄等發生置換反應。據此可設計實驗方案。