Question

现有某铁炭合金，某化学兴趣小组为了测定铁炭合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了下图所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略），请你参与此项活动并回答相应问题．（由实验装置引起的实验误差忽略不计）．

Ⅰ．探究浓硫酸的某些性质：
（1）称量E的质量；按照图示连接装置，并检查装置的气密性．
（2）将mg铁炭合金样品放入A中，再加入足量的浓硫酸．未点燃酒精灯前，A、B中均无明显现象，其原因是

常温下，Fe在浓硫酸中钝化；常温下，碳不与浓硫酸反应

．
点燃酒精灯一段时间后，B中（所装试剂为品红溶液）可观察到的明显现象是

品红溶液褪色

、

品红溶液褪色

．
C中（所装试剂为足量酸性KMnO₄溶液）发生反应的化学方程式为

5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄

．D中盛放的试剂是

浓硫酸

．
（3）反应一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因反应温度较高外，还有一种可能的原因是

铁碳在酸溶液中形成原电池

．
Ⅱ．测定铁的质量分数：
（4）待A中不再逸出气体时（此时A中无固体剩余），停止加热，拆下E（所装试剂为足量碱石灰）并称重，E增重bg，则铁碳合金中铁的质量分数为

11m-3b

11m

×100%

、

m- 3 11 b

m

×100%

（写表达式，装置中残留的气体忽略不计）．某同学认为：依据此实验测得的数据，计算出的合金中铁的质量分数可能会偏低，你认为可能的原因是

空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大

．
（5）经过大家的讨论，决定采用下图装置（干燥管中试剂为无水氯化钙，锥形瓶中为mg铁炭合金和足量稀硫酸．）和其他常用实验仪器测定某些数据即可．为了快速测算出铁的质量分数，最简便的实验操作是

③

、

③

（填写代号）．
①用排水法测定H₂的体积
②反应结束后，过滤、洗涤、干燥、称量残渣的质量
③测定反应前后装置和药品的总质量．

Answer 1

分析：（2）常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；二氧化硫能使品红溶液褪色能使酸性KMnO₄溶液褪色；浓硫酸作干燥剂；
（3）原电池能加快化学反应速率；
（4）根据mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，E增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则可求出mg铁碳合金中含碳元素的质量进而求出铁的质量分数，E中所装试剂为碱石灰，可吸收空气中CO₂、H₂O使b增大；
（5）因为铁炭合金中的铁可以与稀硫酸反应生成氢气，瓶总质量的减少量即为氢气的生成量．

解答：解：（2）常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应，故无明显现象，二氧化硫能使品红溶液褪色能使酸性KMnO₄溶液褪色，浓硫酸作干燥剂．故答案为：常温下，Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；品红溶液褪色；品红溶液褪色；5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄ ；浓硫酸；
（3）铁碳在酸溶液中形成原电池，原电池能加快化学反应速率，故答案为：铁碳在酸溶液中形成原电池；
（4）称取mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，加热待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E装置并称重，E增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则mg铁碳合金中含碳元素的质量为

12b

44

=

3b

11

g，则含铁的质量为mg-

3b

11

g，铁的质量分数为

11m-3b

11m

×100%（或

m- 3 11 b

m

×100%），E中所装试剂为碱石灰，可吸收空气中CO₂、H₂O使b增大，
故答案为：

11m-3b

11m

×100%（或

m- 3 11 b

m

×100%），空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大；
（5）因为铁炭合金中的铁可以与稀硫酸反应生成氢气，瓶总质量的减少量即为氢气的生成量，而铁的质量可以通过释放氢气的质量求出，
故答案为：③．

点评：本题考查浓硫酸的性质及实验，熟悉装置及装置中每部分的作用是解答本题的关键，难度适中．