Question

4．為探究某鐵碳合金與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)的部分產(chǎn)物并測(cè)定鐵碳合金中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某化學(xué)活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，并完成以下實(shí)驗(yàn)探究．往圓底燒瓶中加入mg鐵碳合金，并滴入過(guò)量濃硫酸，點(diǎn)燃酒精燈．
（1）裝置B的作用是檢驗(yàn)SO₂的存在．
（2）甲同學(xué)觀察到裝置C中有白色沉淀生成．他得出了使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳的結(jié)論．裝置A中能產(chǎn)生二氧化碳的化學(xué)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）乙同學(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的結(jié)論是錯(cuò)誤的，他認(rèn)為為了確認(rèn)二氧化碳的存在，需在裝置B～C之間添加裝置M，裝置E、F中盛放的試劑分別是酸性KMnO₄溶液或溴水（或其他合理答案）、品紅溶液．重新實(shí)驗(yàn)后觀察到裝置F中的現(xiàn)象是品紅溶液不褪色或無(wú)明顯現(xiàn)象．
（4 ）有些同學(xué)認(rèn)為合金中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用KMnO₄溶液來(lái)測(cè)定（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）
測(cè)定鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
I．往燒瓶A中加入過(guò)量的還原劑銅粉使溶液中的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺過(guò)濾，得到濾液B；
Ⅱ．將濾液B稀釋為250mL；
Ⅲ．取稀釋液25.00mL，用濃度為c mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定實(shí)驗(yàn)所需KMnO₄溶液體積的平均值為VmL．
①步驟Ⅱ中，將濾液B稀釋為250mL需要用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還必須要用到的是250mL容量瓶．
②滴定過(guò)程中不需要（填“需要”或“不需要“）加入指示劑．
③鐵碳合金中鐵元素的質(zhì)最分?jǐn)?shù)為$\frac{2.8cV}{m}$×100%．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；
（2）加熱條件下，C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CO₂、SO₂和H₂O，根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書寫方程式；
（3）SO₂也能使澄清石灰水變渾濁，用澄清石灰水檢驗(yàn)CO₂之前要除去SO₂，防止對(duì)CO₂造成干擾；
（4）①配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液還需要容量瓶；
②Fe²⁺和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，高錳酸鉀溶液有顏色、生成的錳離子無(wú)色，所以有明顯的顏色變化，不需要指示劑；
③根據(jù)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O中5Fe²⁺～MnO₄^-計(jì)算亞鐵離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)Fe原子守恒計(jì)算Fe的質(zhì)量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{鐵的質(zhì)量}{鐵、碳的質(zhì)量}$×100%．

解答 解：（1）SO₂能和有色物質(zhì)反應(yīng)生成無(wú)色物質(zhì)而具有漂白性，SO₂能使品紅溶液褪色，所以B可以檢驗(yàn)SO₂的存在，
故答案為：檢驗(yàn)SO₂的存在；
（2）加熱條件下，C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CO₂、SO₂和H₂O，反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）SO₂也能使澄清石灰水變渾濁，用澄清石灰水檢驗(yàn)CO₂之前要除去SO₂，防止對(duì)CO₂造成干擾，所以在B-C之間增加裝置酸性高錳酸鉀溶液或溴水和品紅溶液，酸性高錳酸鉀或溴水是吸收二氧化硫、品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否除盡，如果二氧化硫完全被吸收，則F中溶液不褪色或無(wú)明顯現(xiàn)象，
故答案為：酸性KMnO₄溶液或溴水（或其他合理答案）；品紅溶液；品紅溶液不褪色或無(wú)明顯現(xiàn)象；
（4）①配制250mL的溶液還需要規(guī)格為250mL的容量瓶，故答案為：250mL容量瓶；
②Fe²⁺和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，高錳酸鉀溶液有顏色、生成的錳離子無(wú)色，所以有明顯的顏色變化，所以不需要未加指示劑，
故答案為：不需要；
③設(shè)參加反應(yīng)的亞鐵離子的物質(zhì)的量為x，
根據(jù)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O可得關(guān)系式：5Fe²⁺～MnO₄^-，
5Fe²⁺～MnO₄^-
5mol   1mol
x     0.001cVmol
5mol：1mol=x：0.001cVmol
解得：x=$\frac{5mol×0.001cVmol}{1mol}$=0.005cVmol，
則250mL濾液中n（Fe²⁺）=0.005cVmol×10=0.05cVmol，
根據(jù)Fe原子守恒得n（Fe）=（Fe²⁺）=0.05cVmol，
m（Fe）=0.05cVmol×56g/mol=2.8cVg
Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{2.8cVg}{mg}$×100%=$\frac{2.8cV}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{2.8cV}{m}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題以濃硫酸和Fe、C反應(yīng)為載體考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，還涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)含量的測(cè)定、儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識(shí)點(diǎn)，題目難度中等，試題綜合性較強(qiáng)，注意熟悉流程中各個(gè)裝置發(fā)生的反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，明確二氧化硫和二氧化碳檢驗(yàn)順序，為易錯(cuò)點(diǎn)．