Question

2．某化学兴趣小组设计了图示实验装置（图中省略了夹持仪器）来测定某铁碳合金中铁的质量分数．

（1）m g铁碳合金中加入过量浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：
①常温下碳与浓硫酸不反应；②常温下Fe遇浓硫酸发生钝化．
（2）写出加热时A中碳与浓硫酸发生反应的化学方程式C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）C装置的作用除尽反应产物中的SO₂气体．
（4）该小组同学设计的实验装置存在缺陷，有关该实验装置及实验过程中，下列因素可能会导致铁质量分数测量值偏低的是BC．
A．A中反应不完全
B．E中碱石灰会吸收空气中的CO₂和H₂O
C．反应生成的SO₂部分被E中碱石灰吸收
D．反应完全后，还有CO₂气体滞留在装置体系中．

Answer 1

分析 由装置图可知，该实验原理：通过测定干燥管E的质量增重确定二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量计算铁碳合金中碳的质量，进而计算铁的质量，再计算合金中铁的质量分数．故二氧化硫会影响二氧化碳的测定，进入干燥管E的气体应除去二氧化硫、且干燥．
（1）常温下碳与浓硫酸不反应，铁在浓硫酸中发生钝化现象；
（2）碳与浓硫酸在加热的条件下生成二氧化硫、二氧化碳、水；
（3）A中生成的气体含有CO₂、2SO₂，二氧化硫存在会影响二氧化碳的质量测定，C装置的作用为除尽反应产物中的SO₂气体；
（4）合金加热和浓硫酸反应碳和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，铁和浓硫酸反应生成硫酸铁，二氧化硫和水，通过品红验证二氧化硫生成，通过高锰酸钾溶液全部除去二氧化硫，通过浓硫酸干燥后，用装置E中碱石灰吸收二氧化碳，称量增重得到二氧化碳质量，操作中测定二氧化碳质量增大，则铁质量分数减小，二氧化碳质量减小，则铁质量分数增大．

解答 解：由装置图可知，该实验原理：通过测定干燥管E的质量增重确定二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量计算铁碳合金中碳的质量，进而计算铁的质量，再计算合金中铁的质量分数．故二氧化硫会影响二氧化碳的测定，进入干燥管E的气体应除去二氧化硫、且干燥．
（1）常温下，铁与浓硫酸反应生成一层致密的氧化物保护膜，阻止内金属继续与浓硫酸反应，发生钝化现象，
故答案为：常温下Fe遇浓硫酸发生钝化；
（2）碳与浓硫酸在加热的条件下生成二氧化硫、二氧化碳、水，反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）A中生成的气体含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使品红溶液褪色，C装置的作用为除尽反应产物中的SO₂气体，防止影响二氧化碳的质量测定，
故答案为：除尽反应产物中的SO₂气体；
（4）A．A中反应不完全，导致测定二氧化碳质量减小，铁质量分数增大，故A错误；
B．E中碱石灰会吸收空气中的CO₂和H₂O，导致测定碳质量增大，合金中铁质量分数减小，故B正确；
C．反应生成的SO₂部分被E中碱石灰吸收，导致测定碳质量增大，合金中铁质量分数减小，故C正确；
D．装置内残留部分二氧化碳，未能被装置E完全吸收，导致测量的二氧化碳的质量偏小，即合金中碳元素的质量偏小，铁元素的质量增大，故D错误；
故答案为：BC．

点评 本题考查学生对实验原理的理解、对实验方案与实验装置的评价、元素化合物性质、化学计算等，难度中等，清楚实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力．