Question

某化學(xué)興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案，請并回答相應(yīng)問題．

Ⅰ．探究濃硫酸的某些性質(zhì)：
（1）按圖示的連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量E的質(zhì)量．
（2）將ag鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸，未點(diǎn)燃酒精燈前，A、B基本上均無明顯現(xiàn)象，其原因是

 

；加熱A一段時(shí)間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象，其中B中的現(xiàn)象為

 

，任寫出一個(gè)A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（3）反應(yīng)相當(dāng)一段時(shí)間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因溫度較高，其它可能的原因是

 

．并且發(fā)現(xiàn)此時(shí)產(chǎn)生的氣體具有可燃性，請用離子方程式表示產(chǎn)生此種氣體的原因

 

．
Ⅱ．測定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
（4）待A中不再逸出氣體時(shí)，停止加熱，拆下E并稱重．E增重bg．則鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（寫表達(dá)式）．
（5）最后對(duì)所得測量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，小組內(nèi)有同學(xué)提出，本套裝置在設(shè)計(jì)上存在多處缺陷而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，其中會(huì)導(dǎo)致鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)測量值偏低是（任答一條即可）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和鐵在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸鐵和二氧化硫水；碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫、水，依據(jù)書寫化學(xué)方程式的原則寫出；B中品紅的紅色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通過現(xiàn)象證明濃硫酸生成了二氧化硫，表現(xiàn)了強(qiáng)氧化性；
（3）鐵碳在硫酸溶液中形成原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率；依據(jù)隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時(shí)，可以和反應(yīng)生成的硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣；
（4）根據(jù)mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，氣體通過濃硫酸干燥后通入干燥管E，E中所裝試劑為堿石灰，可吸收CO₂；E增重bg，則生成二氧化碳的質(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則可求出mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量進(jìn)而求出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
（5）用排水法測定H₂的體積增加實(shí)驗(yàn)操作收集時(shí)易損耗氣體造成誤差；反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實(shí)驗(yàn)操作，裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會(huì)導(dǎo)致測定結(jié)果偏低，SO₂不一定能全部被品紅、KMnO₄除去，增加操作儀器和步驟會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較多的誤差；

解答： 解：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)，故無明顯現(xiàn)象；鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和鐵在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸鐵和二氧化硫水；碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳二氧化硫水，依據(jù)書寫化學(xué)方程式的原則寫出2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；B中品紅的紅色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通過現(xiàn)象證明濃硫酸生成了二氧化硫，表現(xiàn)了強(qiáng)氧化性；
故答案為：常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；品紅溶液逐漸褪色；2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）鐵碳在酸溶液中符合原電池的組成條件，形成原電池反應(yīng)，原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時(shí)，可以和反應(yīng)生成的硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，所以離子方程式為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
故答案為：鐵、碳在酸溶液中形成原電池；Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（4）稱取ag鐵碳合金，加入過量濃硫酸，加熱待A中不再逸出氣體時(shí)，停止加熱，拆下E裝置并稱重，E增重bg，則生成二氧化碳的質(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量=

bg

44g/mol

=

3b

11

g，則含鐵的質(zhì)量為ag-

3b

11

g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

a- 3b 11

a

×100%=

11a-3b

11a

×100%；

故答案為：

11a-3b

11a

×100%；
（5）因?yàn)殍F碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，瓶總質(zhì)量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質(zhì)量可以通過釋放氫氣的質(zhì)量求出，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；測定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量是最簡便的實(shí)驗(yàn)操作；用排水法測定H₂的體積增加實(shí)驗(yàn)操作收集時(shí)易損耗氣體造成誤差；反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實(shí)驗(yàn)操作，裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會(huì)導(dǎo)致測定結(jié)果偏低，增加操作儀器和步驟會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較多的誤差；
故答案為：SO₂不一定能全部被品紅、KMnO₄除去或E中堿石灰會(huì)吸收空氣中的CO₂、H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實(shí)驗(yàn)方法，裝置的特征分析，流程反應(yīng)和試劑作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關(guān)鍵．