Question

（2009?商丘二模）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)量分數(shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計了下圖所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略），請你參與此項活動并回答相應(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mg鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸．未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是：

常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化；常溫下，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（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

（任寫一個）．B中的現(xiàn)象是

品紅溶液逐漸褪色

，由此可得到濃硫酸具有

強氧化

性．
（4）隨著反應(yīng)的進行，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：

2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑

（任寫一個）．
（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

鐵、碳在溶液中形成原電池

．
Ⅱ測定鐵的質(zhì)量分數(shù)
（6）待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重．E增重b g．
鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)為

11m-3b

11m

×100%

（寫表達式）．
（7）某同學(xué)認為上述方法較復(fù)雜，使用下圖所示的裝置和其它常用實驗儀器測定某些數(shù)據(jù)即可．為了快速和準確的計算出鐵的質(zhì)量分數(shù)，最簡便的實驗操作是

C

（填寫代號）．
A．用排水法測定H₂的體積
B．反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、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：根據(jù)題干中的信息和實驗裝置圖，結(jié)合實驗現(xiàn)象和實驗操作進行分析計算；明確實驗的目的是測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)；
（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；
（3）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)了強氧化性；
（4）依據(jù)隨著反應(yīng)進行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時，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；
（5）鐵碳在硫酸溶液中形成原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率；
（6）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)量進而求出鐵的質(zhì)量分數(shù)，
（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．

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，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)；
（3）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)了強氧化性，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；品紅溶液逐漸褪色；強氧化；
（4）隨著反應(yīng)進行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時，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：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（5）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，故答案為：鐵、碳在酸溶液中形成原電池；
（6）稱取mg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=

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，則含鐵的質(zhì)量為mg-

3b

11

g，鐵的質(zhì)量分數(shù)=

m- 3b 11

m

×100%=

11m-3b

11m

×100%，

故答案為：

11m-3b

11m

×100%；
（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，進而計算鐵的質(zhì)量分數(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，難度適中．