Question

生鐵中除鐵外，還含有其他元素，如碳元素和硫元素．其中碳主要以碳化鐵的形態(tài)存在，它使生鐵性能堅(jiān)硬而脆，所以生鐵的用途不大，一般用做煉鋼的原料．某興趣小組設(shè)計(jì)按如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)定生鐵中的含碳量和含硫量．
 
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）硫在生鐵中是有害元素，它使生鐵產(chǎn)生熱脆性．硫元素在生鐵中最有可能存在的價(jià)態(tài)是

 

．（填正確答案的標(biāo)號(hào)）
A．-2    B.0    C．+4    D．+6
（2）需要加熱的裝置是

 

（填裝置標(biāo)號(hào)）．
（3）若無(wú)D裝置，最終所測(cè)定的生鐵含碳量

 

（填“偏高”或“偏低”或“無(wú)影響”）
（4）燒杯E中發(fā)生反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式為

 

（5）在C管中的樣品充分反應(yīng)后，將E中最終的沉淀過(guò)濾、洗滌、干燥，稱(chēng)其質(zhì)量為b克，計(jì)算生鐵中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．
（6）有同學(xué)提出應(yīng)該在C和D之間加一套裝置，該裝置的作用是

 

；還有同學(xué)提出在D和E之間也應(yīng)該再接一套裝置，該裝置的作用是

 

．
（7）反應(yīng)完成后，欲檢驗(yàn)生鐵中含有硫元素，請(qǐng)你設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案（寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）鐵的化合價(jià)一定為正價(jià)，而碳的非金屬小于硫的非金屬性，因此S一定顯示負(fù)價(jià)；
（2）A裝置是雙氧水在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，不需加熱，而裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫都需要加熱；
（3）如果沒(méi)有雙氧水的氧化，二氧化硫也會(huì)與氫氧化鋇反應(yīng)生成沉淀，使碳的百分含量偏高；
（4）裝置A中過(guò)氧化氫在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，通過(guò)濃硫酸干燥后，將裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫，兩種氣體通過(guò)過(guò)氧化氫溶液后，二氧化硫被氧化并吸收，二氧化碳通過(guò)E裝置生成碳酸鋇沉淀；
（5）若E中沉淀的質(zhì)量為bg，是碳酸鋇的質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知碳酸鋇的物質(zhì)的量與二氧化碳的物質(zhì)的量相等，據(jù)此計(jì)算生鐵中碳的質(zhì)量，計(jì)算生鐵中碳的質(zhì)量為，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為；
（6）根據(jù)二氧化硫易溶于水，所以在C和D之間加一套防倒吸的裝置，檢驗(yàn)二氧化碳必須要檢驗(yàn)二氧化硫除盡，所以在D和E之間也應(yīng)該再接一套檢驗(yàn)SO₂已經(jīng)除盡的裝置；
（7）根據(jù)用雙氧水吸收二氧化硫，并且將二氧化硫氧化成硫酸根，進(jìn)一步檢驗(yàn)D中含有硫酸根即可檢驗(yàn)生鐵中含有硫元素，據(jù)此分析．

解答： 解：（1）鐵的化合價(jià)一定為正價(jià)，而碳的非金屬小于硫的非金屬性，因此S一定顯示負(fù)價(jià)，故選：A；
（2）A裝置是雙氧水在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，不需加熱，而裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫都需要加熱，故選：C；
（3）如果沒(méi)有雙氧水的氧化，二氧化硫也會(huì)與氫氧化鋇反應(yīng)生成沉淀，使碳的百分含量偏高，故D中30% 雙氧水的作用是吸收SO₂氣體，故答案為：偏高；
（4）二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇與水，反應(yīng)離子方程式為CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O，故答案為：CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
（5）若E中得到bg碳酸鋇，根據(jù)碳元素守恒可知碳酸鋇的物質(zhì)的量與二氧化碳的物質(zhì)的量相等，故生鐵中碳的質(zhì)量為

bg

197g/mol

×12g/mol=

12b

197

g，生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

12b 197

a

×100%=

1200b

197a

%，故答案為：

1200b

197a

%；
（6）根據(jù)二氧化硫易溶于水，所以在C和D之間加一套防倒吸的裝置，檢驗(yàn)二氧化碳必須要檢驗(yàn)二氧化硫除盡，所以在D和E之間也應(yīng)該再接一套檢驗(yàn)SO₂已經(jīng)除盡的裝置，故答案為：防止D中液體倒吸； 檢驗(yàn)SO₂已經(jīng)除盡；   
（7）因?yàn)橛秒p氧水吸收二氧化硫，并且將二氧化硫氧化成硫酸根，則檢驗(yàn)D中含有硫酸根即可檢驗(yàn)生鐵中含有硫元素，方案為：取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸使其酸化，再滴入BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說(shuō)明生鐵中含有硫元素，
故答案為：取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸使其酸化，再滴入BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說(shuō)明生鐵中含有硫元素．

點(diǎn)評(píng)：本題考查對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與裝置的理解、實(shí)驗(yàn)基本操作、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，理解實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．二氧化硫和二氧化碳均屬于酸性氧化物，其性質(zhì)相似，因此高考中對(duì)于這兩種氣體的鑒別考查的比較多，而本題則巧妙的應(yīng)用了這一考點(diǎn)，并結(jié)合生鐵的性質(zhì)加以考查．