Question

12．有某铁碳合金，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1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．

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m g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均无明显现象，其原因是：常温下，Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应．
（3）点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象．写出A中发生反应的化学方程式2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（任写一个）．
（4）随着反应的进行，A中还可能发生某些离子反应．写出相应的离子方程式2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑（任写一个）．
（5）反应一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因温度较高，反应放热外，还可能的原因是铁、碳在酸溶液中形成原电池．
Ⅱ．测定铁的质量分数
（6）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重．E增重bg．可由此进一步求 得铁碳合金中铁的质量分数．
（7）某同学认为上述方法较复杂，使用图2所示的装置和其它常用实验仪器测定某些 数据即可．为了快．速．和准．确．的计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是C（填写代号）
A． 用排水法测定H₂的体积
B． 反应结束后，过滤、洗涤、干燥、称量残渣的质量
C． 测定反应前后装置和药品的总质量．

Answer 1

分析 根据题干中的信息和实验装置图，结合实验现象和实验操作进行分析计算；明确实验的目的是测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质；
（2）常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（3）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；
（4）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；
（5）铁碳在硫酸溶液中形成原电池能加快化学反应速率；
（6）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，
（7）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．

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，
故答案为：常温下，Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（3）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）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（4）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：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（5）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，
故答案为：铁、碳在酸溶液中形成原电池；
（6）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=$\frac{bg}{44g/mol}$=$\frac{3b}{11}$g，则含铁的质量为mg-$\frac{3b}{11}$g，铁的质量分数=$\frac{m-\frac{3b}{11}}{m}$×100%=$\frac{11m-3b}{11m}$×100%，
答：求得铁碳合金中铁的质量分数$\frac{11m-3b}{11m}$×100%；
（7）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，增加操作仪器和步骤会对实验结果产生较多的误差，所以只有C是最简单的操作，
故答案为：C．

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，题目难度中等．