Question

某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了如图所示的实验装置和实验方案，请并回答相应问题．

Ⅰ．探究浓硫酸的某些性质：
（1）按图示的连接装置，检查装置的气密性，称量E的质量．
（2）将ag铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B基本上均无明显现象，其原因是

 

；加热A一段时间后，A、B中可观察到明显的现象，其中B中的现象为

 

，任写出一个A中发生反应的化学方程式

 

．
（3）反应相当一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因温度较高，其它可能的原因是

 

．并且发现此时产生的气体具有可燃性，请用离子方程式表示产生此种气体的原因

 

．
Ⅱ．测定铁的质量分数
（4）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重．E增重bg．则铁碳合金中铁的质量分数为

 

（写表达式）．
（5）最后对所得测量结果进行评价时，小组内有同学提出，本套装置在设计上存在多处缺陷而导致实验结果不准确，其中会导致铁质量分数测量值偏低是（任答一条即可）

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验探究和数据处理题

分析：（2）常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁和二氧化硫水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫、水，依据书写化学方程式的原则写出；B中品红的红色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通过现象证明浓硫酸生成了二氧化硫，表现了强氧化性；
（3）铁碳在硫酸溶液中形成原电池能加快化学反应速率；依据随着反应进行浓硫酸变稀后，铁足够量时，可以和反应生成的硫酸铁反应生成硫酸亚铁，铁与剩余稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气；
（4）根据mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，气体通过浓硫酸干燥后通入干燥管E，E中所装试剂为碱石灰，可吸收CO₂；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，
（5）用排水法测定H₂的体积增加实验操作收集时易损耗气体造成误差；反应结束后，过滤、洗涤、称量残渣的质量，需要过滤装置、天平称量等多部实验操作，装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收会导致测定结果偏低，SO₂不一定能全部被品红、KMnO₄除去，增加操作仪器和步骤会对实验结果产生较多的误差；

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；铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁和二氧化硫水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳二氧化硫水，依据书写化学方程式的原则写出2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；B中品红的红色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通过现象证明浓硫酸生成了二氧化硫，表现了强氧化性；
故答案为：常温下，Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；品红溶液逐渐褪色；2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）铁碳在酸溶液中符合原电池的组成条件，形成原电池反应，原电池能加快化学反应速率，随着反应进行浓硫酸变稀后，铁足够量时，可以和反应生成的硫酸铁反应生成硫酸亚铁，铁与剩余稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，所以离子方程式为：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
故答案为：铁、碳在酸溶液中形成原电池；Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）称取ag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=

bg

44g/mol

=

3b

11

g，则含铁的质量为ag-

3b

11

g，铁的质量分数=

a- 3b 11

a

×100%=

11a-3b

11a

×100%；

故答案为：

11a-3b

11a

×100%；
（5）因为铁碳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，进而计算铁的质量分数；测定反应前后装置和药品的总质量是最简便的实验操作；用排水法测定H₂的体积增加实验操作收集时易损耗气体造成误差；反应结束后，过滤、洗涤、称量残渣的质量，需要过滤装置、天平称量等多部实验操作，装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收会导致测定结果偏低，增加操作仪器和步骤会对实验结果产生较多的误差；
故答案为：SO₂不一定能全部被品红、KMnO₄除去或E中碱石灰会吸收空气中的CO₂、H₂O．

点评：本题考查了物质性质的探究实验方法，装置的特征分析，流程反应和试剂作用是解题关键，题目难度中等，熟悉装置及装置中每部分的作用是解答本题的关键．