Question

8．现有某铁碳合金（铁和碳两种单质的混合物），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，设计了下图所示的实验装置（夹持仪器已省略）和实验方案进行实验探究．

Ⅰ测定铁的质量分数：
（1）检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在E装置后面连上一根导管，然后把导管放入盛有水的水槽中，微热烧瓶，如果导管口有气泡产生，停止加热后导管产生一段水柱，则证明装置的气密性良好．
（2）称量E的质量，并将a g铁碳合金样品放入装置A中，再加入足量的浓硫酸，待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重b g．铁碳合金中铁的质量分数为$\frac{11a-3b}{11a}$×100%（写表达式）．
（3）装置C的作用除去CO₂中的SO₂．
（4）甲同学认为，依据此实验测得的数据，计算合金中铁的质量分数可能会偏低，原因是空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大．
（5）乙同学按照甲同学认为改进实验，改进方法是在装置E的后边再连接一个与E相同的装置但测得合金中铁的质量分数却偏高．你认为其中可能的原因是反应产生的CO₂气体未能完全排到装置E中，导致b偏低．
Ⅱ探究浓硫酸的某些性质：
（6）往A中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：常温下，Fe被浓H₂SO₄钝化，碳不与浓H₂SO₄反应．
（7）A中铁与浓硫酸发生反应的化学方程式是2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 由实验装置图1可知，装置A中浓硫酸和铁、碳在加热的条件下反应生成了二氧化碳和二氧化硫，装置B品红溶液是检验二氧化硫气体的，装置C足量的高锰酸钾溶液是除掉二氧化硫的，装置D是用于干燥二氧化碳气体，最后得到干燥的二氧化碳被实验装置E中足量的碱石灰吸收．
（1）依据装置中的压强变化恒容液面变化分析检验，最后导气管插入水，加热发生装置导气管冒气泡，停止加热上升一段水柱；
（2）根据ag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ag铁碳合金中含碳元素的质量进而求出铁的质量分数；
（3）装置C是利用高锰酸钾的强氧化性吸收二氧化硫气体；
（4）空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大，则求出的二氧化碳的质量偏大；
（5）E装置后再连接一个盛碱石灰的干燥管防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入干燥管；装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收；
（6）常温下铁在浓硫酸中钝化，碳和浓硫酸在加热条件下才能反应；
（7）铁和过量浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，浓硫酸作用依据化学方程式中化合价变化分析作用．

解答 解：在装置A中发生Fe和C与浓硫酸的反应，产生CO₂、SO₂和铁的氧化物，装置B检验SO₂，装置C吸收SO₂，装置D干燥气体的，装置E是吸收CO₂的，E增重的质量b是CO₂的质量．
（1）关闭分液漏斗的活塞，在E装置后面连上一根导管，然后把导管放入盛有水的水槽中，微热烧瓶，如果导管口有气泡产生，停止加热后导管产生一段水柱，
故答案为：把导管放入盛有水的水槽中，微热烧瓶，如果导管口有气泡产生，停止加热后导管产生一段水柱；
（2）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$\frac{12b}{44}$g=$\frac{3b}{11}$g，则含铁的质量为ag-$\frac{3b}{11}$g，铁的质量分数为$\frac{11a-3b}{11a}$×100%，
故答案为：$\frac{11a-3b}{11a}$×100%；
（3）装置C是利用高锰酸钾溶液的强氧化性吸收二氧化硫，5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄，所以装置C的作用是除去CO₂中的SO₂，
故答案为：除去CO₂中的SO₂；
（4）空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大，则求出的二氧化碳的质量偏大，即碳的质量偏大，所以铁的质量偏小，铁的质量分数偏小；
故答案为：空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大；
（5）E中所装试剂为碱石灰，可吸收空气中CO₂、H₂O使b增大，改进的方法是增加一个盛碱石灰的干燥管防止空气中的二氧化碳和水进入；装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收会导致b偏低，
故答案为：空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大；反应产生的CO₂气体未能完全排到装置E中，导致b偏低；
（6）往A中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，常温下铁在浓硫酸中钝化，碳和浓硫酸在加热条件下才能反应，
故答案为：常温下，Fe被浓H₂SO₄钝化，碳不与浓H₂SO₄反应；
（7）铁和过量浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

点评 本题考查了有关浓硫酸、铁、碳等物质性质的探究实验，侧重考查了实验方法、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．