三、实验与探究题(16 分)
20 某化学兴趣小组的同学将铁粉投入硫酸铜溶液中时,发现生成红色固体的同时有较多的气泡放出,同学们进行了如下探究实验。
【提出问题】产生的气体是什么呢?
【作出猜想】猜想一：$\ce{O_{2}}$；猜想二：$\ce{SO_{2}}$；猜想三：$\ce{H_{2}}$；猜想四：$\ce{N_{2}}$。
【交流讨论】同学们经过讨论,一致认为猜想四不正确,依据是
反应物中没有氮元素,则生成物中也不含氮元素(合理答案均可)
。
【查阅资料】
(1) $\ce{SO_{2}}$ 具有刺激性气味,易溶于水,能与 $\ce{NaOH}$ 溶液发生反应生成 $\ce{Na_{2}SO_{3}}$ 和水。
(2) 紫色石蕊溶液是一种酸碱指示剂,遇酸性溶液变为红色,遇碱性溶液变为蓝色,遇中性溶液不变色。
【实验探究】同学们收集气体,并分别对各自的猜想进行验证。
写出 $\ce{SO_{2}}$ 与 $\ce{NaOH}$ 溶液反应的化学方程式：
$\ce{SO_{2} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + H_{2}O}$
。
【反思交流】
(1) 同学们认为实验 1 和实验 3 的实验方案都存在安全隐患,理由是
点燃不纯气体可能会发生爆炸
。
(2) 实验结束后,老师认为不需要进行实验即可通过更为简便的方法验证猜想二,你认为更为简便的方法是
闻气味
,依据是
二氧化硫是有刺激性气味的气体(合理答案均可)
。
解析：
【分析】
本题围绕铁粉与硫酸铜溶液反应产生的气体展开探究，需结合质量守恒定律、常见气体的性质分析各猜想是否成立。首先根据质量守恒定律判断猜想四（N₂）是否合理；再利用氧气、二氧化硫、氢气的特性，通过实验现象推导对应结论；最后结合实验安全和气体的物理性质完成反思交流。
【解析】
1. 【交流讨论】：根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，反应物为铁粉和硫酸铜溶液，含Fe、Cu、S、O、H元素，不含氮元素，因此不可能生成N₂，故猜想四不正确。
2. 【实验探究】：
实验1：猜想一为O₂，O₂能使带火星木条复燃，结论为猜想一不正确，因此实验现象是带火星的木条不复燃；
实验2：SO₂能与NaOH溶液反应，若气体为SO₂，洗气瓶质量会增加，现质量不变，说明无SO₂，故猜想二不正确；
实验3：猜想三为H₂，H₂燃烧生成H₂O，因此干燥烧杯内壁有水珠产生，结论猜想三正确；
SO₂与NaOH反应的化学方程式：$\ce{SO_{2} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + H_{2}O}$。
3. 【反思交流】：
(1) 实验3需点燃气体，若气体为可燃性气体（如H₂），未验纯时点燃不纯气体可能发生爆炸，存在安全隐患；
(2) SO₂具有刺激性气味，而O₂、H₂均无味，因此简便方法是闻气体的气味，依据是二氧化硫是有刺激性气味的气体。
【答案】
【交流讨论】反应物中没有氮元素，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，不可能生成N₂；
【实验探究】带火星的木条不复燃；二不正确；有水珠产生；$\ce{SO_{2} + 2NaOH = Na_{2}SO_{3} + H_{2}O}$；
【反思交流】(1) 点燃不纯的可燃性气体可能发生爆炸；(2) 闻气体的气味；二氧化硫是有刺激性气味的气体。
【知识点】
质量守恒定律；气体的检验；化学方程式书写
【点评】
本题为实验探究题，结合质量守恒定律和常见气体的性质考查学生的实验分析能力，需掌握气体检验方法、实验安全注意事项，难度适中。
【难度系数】
0.5
