Question

某校化学兴趣小组的同学准备对某生铁样品中铁的含量进行探究．请你按要求帮助他们完成下列探究报告．
[提出问题]生铁是纯铁吗？若不是纯铁则该生铁样品中铁单质的质量分数是多少？
[查阅资料]（1）生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰等元素．
（2）碳在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），另一种是化合碳（如Fe₃C等）；硅、锰等存在形式较为复杂．
（3）含有硅、锰等元素的物质通常都不与稀硫酸发生化学反应．
[制定方案]使生铁样品与过量的稀硫酸反应，称量反应前后物质的质量差．
[实验过程]
（1）取一只烧杯，称得其质量为70.4g，加入一定量生铁样品碎屑，称得烧杯和样品的总质量为102.4g；
（2）向盛有生铁样品的烧杯中加入稀硫酸，边加边搅拌，直到烧杯中不再产生气泡，再加入稀硫酸以确保过量，测得共用去稀硫酸247.3g；
（3）静置，称量．称得烧杯和剩余物质的总质量为348.7g．
[数据处理]通过对以上数据的分析和计算，该生铁样品中铁单质的质量分数为

 

%．
[交流讨论]
（1）实验称量时称量物应放在托盘天平的

 

盘（选填“左”或“右”）．
（2）实验过程中稀硫酸要过量的原因是

 

．
（3）反应过程中可看到有气泡冒出，溶液由无色变为浅绿色，由此得知反应一定生成了氢气和

 

（写名称）．
（4）经质检部门精确测定，该样品中铁元素的总质量分数为95.2%．对此有同学产生了疑问，请你帮他分析：

 

．
[实验结论]经过以上探究，同学们知道了生铁不是纯铁，实际上它属于铁的重要

 

．

Answer 1

分析：[数据处理]生铁样品中单质铁与稀硫酸反应生成氢气，而其它成分不能与稀硫酸发生反应，因此，反应前后烧杯和剩余物质的总质量的差即为反应产生氢气的质量；利用氢气的质量，根据反应的化学方程式，可计算参加反应铁的质量及生铁样品中铁单质铁的质量分数；
[交流讨论]（1）称量时，根据“左物右码”的原则称量物应放在天平的左盘；
（2）只有生铁中单质铁完全反应时，由产生氢气的质量计算所得铁的质量才是正确的结果，因此，实验中为确保单质铁完全反应，需要加入过量的稀硫酸；
（3）含Fe²⁺离子的溶液为浅绿色溶液，由生铁放入硫酸后观察到溶液由无色变为浅绿色，可判断溶液中含有硫酸亚铁；
（4）样品中铁元素的总质量包括单质铁的质量和化合物Fe₃C中铁元素的质量；而生铁样品中铁单质的质量则不包括生铁中化合物Fe₃C中的铁元素；
[实验结论]生铁和钢都是铁的合金，生铁为含碳2%～4.3%的铁合金．

解答：解：[数据处理]反应前后烧杯和剩余物质的总质量差即生成氢气的质量=102.4g+247.3g-348.7g=1g；
设参加反应单质铁的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56            2
x             1g

56

x

=

2

1g

  x=28g
生铁样品中铁单质的质量分数=

28g

102.4g-70.4g

×100%=87.5%
故答案为：87.5；
[交流讨论]（1）使用天平称量物品的质量时，要遵循左物右码的使用原则，因此称量物应放在天平的左盘；
故答案为：左；
（2）生铁样品中铁单质的质量分数需要使单质与稀硫酸完全反应，为确保铁完全反应可通过加入过量的稀硫酸进行控制；
故答案为：确保生铁样品中铁单质与稀硫酸完全反应；
（3）铁与稀硫酸发生置换反应，生成硫酸亚铁和氢气，硫酸亚铁溶液呈浅绿色；
故答案为：硫酸亚铁；
（4）根据资料：碳在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），另一种是化合碳（如Fe₃C等）；生铁样品中铁元素质量为单质铁的质量与Fe₃C中铁元素质量之和；所以，该样品中铁元素的总质量分数为95.2%大于样品中铁单质的质量分数87.5%；
故答案为：生铁中的铁元素除了以单质形式存在还以Fe₃C形式存在，所以铁单质的质量分数会小于铁元素的总质量分数；
[实验结论]生铁为含碳2%～4.3%的铁合金，而非纯次的单质铁；
故答案为：合金．

点评：由于生铁中铁元素以游离铁和化合铁两种形态存在，因而出现了生铁中铁单质的质量分数会小于铁元素的总质量分数．