Question

8．現(xiàn)有某鐵碳合金，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)計了圖1所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略）．

I．探究濃硫酸的某些性質(zhì)
（1）按圖示連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量e的質(zhì)量．
（2）將a g鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸，儀器A的名稱為蒸餾燒瓶．未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)．
（3）點燃酒精燈一段時間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象．寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+6H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O、C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．B中的現(xiàn)象是品紅溶液褪色．由此可得到濃硫酸具有強氧化性．
（4）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，A中還可能發(fā)生某些離子反應(yīng)，寫出相應(yīng)的離子方程式：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺．
（5）反應(yīng)一段時間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因溫度較高，反應(yīng)放熱外，還可能的原因是碳鐵合金在酸溶液中形成原電池．
Ⅱ．測定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
（6）待A中固體完全消失并不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重b g．鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-$\frac{3b}{11a}$（寫表達(dá)式）．
（7）某同學(xué)認(rèn)為上述方法較復(fù)雜，使用圖2所示的裝置和其他常用的實驗儀器測定某些數(shù)據(jù)即可．為了培寧和準(zhǔn)寧地計算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最簡便的實驗操作是C．（填標(biāo)號）．
A．用排水法測定H₂的體積
B．反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洙滌、干燥、稱量殘渣的質(zhì)量
C．測定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量．

Answer 1

分析 （2）儀器A為蒸餾燒瓶；常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；
（3）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水；
二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；
反應(yīng)中體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性；
（4）隨反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變?yōu)橄×蛩�，F(xiàn)e足量時，鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵與氫氣，F(xiàn)e與生成硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵；
（5）碳鐵合金形成原電池，原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率；
（6）根據(jù)ag鐵碳合金，加入過量濃硫酸，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)；
（7）實驗裝置圖2利用鐵和稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，碳與稀硫酸不反應(yīng)，A通過產(chǎn)生氫氣的量可計算出合金中鐵的質(zhì)量，B稱量殘渣即為碳的質(zhì)量，C測定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量，質(zhì)量差即為生成氫氣的質(zhì)量，再通過通過產(chǎn)生氫氣的量可計算出合金中鐵的質(zhì)量，AB實驗操作比C繁瑣，選最簡便的實驗操作當(dāng)然選C．

解答 解：（2）儀器A為蒸餾燒瓶；常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)，沒有二氧化硫生成，故A、B均無明顯現(xiàn)象，
故答案為：蒸餾燒瓶；常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；
（3）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，鐵和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe+6H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水，反應(yīng)方程式為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；反應(yīng)生成二氧化硫，二氧化硫具有漂白性，B裝置中品紅溶液褪色；
反應(yīng)中體現(xiàn)濃硫酸的強氧化性；
故答案為：2Fe+6H₂SO₄ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O、C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；品紅溶液褪色；強氧化；
（4）隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變稀后，F(xiàn)e足量時，鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵與氫氣，F(xiàn)e與生成硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，所以離子方程式為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺；
（5）碳鐵合金在酸溶液中形成原電池，原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率，
故答案為：碳鐵合金在酸溶液中形成原電池；
（6）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，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)量為$\frac{bg}{44g/mol}$×12g/mol=$\frac{3b}{11}$g，則含鐵的質(zhì)量為ag-$\frac{3b}{11}$g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{ag-\frac{3b}{11}g}{ag}$=1-$\frac{3b}{11a}$，
故答案為：1-$\frac{3b}{11a}$；
（7）因為鐵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)量是最簡便的實驗操作；用排水法測定H₂的體積增加實驗操作收集時易損耗氣體造成誤差；反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、稱量殘渣的質(zhì)量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實驗操作，增加操作儀器和步驟會對實驗結(jié)果產(chǎn)生較多的誤差，所以只有C是最簡單的操作，
故答案為：C．

點評 本題考查物質(zhì)組成含量測定、濃硫酸的性質(zhì)及實驗，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．