Question

（2013?汉阳区二模）为了测定实验室某生锈铁片中铁元素的质量分数，两位同学分别设计了如下甲、乙两个实验方案．

方案甲：称得生锈铁片的质量为m₁g，按图Ⅰ所示装置进行实验．完全反应后，测得室温下产生氢气的体积为V₁L，查得其密度为ρg/L．
方案乙：称得生锈铁片的质量为m₂g，先按图Ⅱ所示装置进行实验．当生锈铁片完全变成光亮的银白色时，停止加热，继续通入CO至室温．取出铁片，按图Ⅰ所示装置继续进行实验．完全反应后，测得室温下产生氢气的体积为V₂L，查得其密度为ρg/L．
（1）【评价交流】有同学分析甲方案即使读数准确也不可行，你认为其缺陷是：

甲方案只能测出铁单质的质量，不能测出铁元素的质量

．
（2）【设计实验】方案乙中，同学们设计了如下实验报告，请帮助完成．

实验编号	实验步骤	实验现象	解释或化学方程式
①装置Ⅱ	通入CO，加热．完全反应后，停止加热，继续通CO至室温	生锈铁片变成光亮的银白色	反应结束后，还要继续通CO至室温的目的是 防止铁片在高温下又被氧化或防止倒吸 ．
②装置Ⅰ	将光亮铁片放入稀盐酸中，完全反应	溶液颜色由无色变成浅绿色，有气泡放出	化学方程式： Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

（3）【提出问题】图 II所示装置是否有可改进之处？请简要叙述具体改进意见：

是，将E中液体改为氢氧化钠溶液，将E的导出管口处点燃导出气体（或在E的导出管口处扎上一个气球）

（4）【结论】生锈铁片中铁元素的质量分数是

2800ρ₂V₂/m₂%

（用字母表示）

Answer 1

分析：由于生锈铁片中除了铁、铁的化合物之外还含有水分等不含铁元素的物质，由于方案甲中根据计算只能得出铁片中金属铁的质量，无法计算出铁的氧化物的质量，也就无法计算出铁元素的总质量；而乙首先利用还原剂把铁的化合物中的铁元素全部变成了金属铁，然后根据生成的氢气的质量就可求出参与反应的金属铁的质量即生锈铁片中铁元素的总质量．

解答：解：（1）由于生锈铁片中除了铁、铁的化合物之外还含有水分等不含铁元素的物质，所以方案甲中根据计算只能得出铁片中金属铁的质量，而无法知道铁的化合物的质量；
（2）①当实验结束时，要继续通一氧化碳，防止被还原的铁片在高温下又重新被氧化或玻璃管冷却会导致里面的压强减小，从而试管内的水会倒吸到玻璃管内；
②由于铁能够和稀盐酸反应生成氢气，该反应的化学方程式为：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）由于二氧化碳是造成温室效应的主要气体，而一氧化碳有毒，排放到空气中会造成空气污染，因此必须对这两种气体进行处理，改进方法为：将E中液体改为氢氧化钠溶液，将E的导出管口处点燃导出气体（或在E的导出管口处扎上一个气球）；
（4）根据质量守恒定律可知，和稀盐酸反应的铁的质量即为生锈铁片中铁元素的质量，
设生锈铁片中铁元素的质量为x．
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56             2
x             ρ₂v₂

28p2V2

m2

56

x

=

2

ρ2v2

x=28p₂V₂
则生锈铁片中铁元素的质量分数为

28p2V2

m2

×100%=2800ρ₂V₂/m₂%．
故答案：（1）甲方案只能测出铁单质的质量，不能测出铁元素的质量；
（2）①防止铁片在高温下又被氧化或防止倒吸； ②Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）是，将E中液体改为氢氧化钠溶液，将E的导出管口处点燃导出气体（或在E的导出管口处扎上一个气球）；
（4）2800ρ₂V₂/m₂%．

点评：本题难度较大，主要考查了铁的冶炼、铁的有关化学性质及质量守恒定律的应用并对实验的方案进行评价，能够培养学生的分析问题、解决问题的能力．