Question

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(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案（夾持儀器已省略），請你參與此項(xiàng)活動并回答相應(yīng)問題．（由實(shí)驗(yàn)裝置引起的實(shí)驗(yàn)誤差忽略不計(jì)）．

Ⅰ．探究濃硫酸的某些性質(zhì)
（1）稱量E的質(zhì)量；按照圖1所示連接裝置，檢查裝置的氣密性．
（2）將mg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均無明顯現(xiàn)象，其原因是：

 

．點(diǎn)燃酒精燈一段時(shí)間后，B中可觀察到的明顯現(xiàn)象是

 

．C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是

 

．D中盛放的試劑是

 

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

 

．
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）．某同學(xué)認(rèn)為：依據(jù)此實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能會偏低，你認(rèn)為可能的原因是

 

．
（5）經(jīng)過大家的討論，決定采用圖2裝置和其他常用實(shí)驗(yàn)儀器測定某些數(shù)據(jù)即可，為了快速和準(zhǔn)確地計(jì)算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最簡便的實(shí)驗(yàn)操作是

 

（填寫代號）．
①用排水法測定H₂的體積
②反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量
③測定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量．

Answer 1

分析：由實(shí)驗(yàn)裝置圖1可知，裝置A中濃硫酸和鐵、碳在加熱的條件下反應(yīng)生成了二氧化碳和二氧化硫，裝置B品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫氣體的，裝置C足量的高錳酸鉀溶液是除掉二氧化硫的，裝置D是用于干燥二氧化碳?xì)怏w，最后得到干燥的二氧化碳被實(shí)驗(yàn)裝置E中足量的堿石灰吸收．
（2）在常溫下Fe遇到濃硫酸溶液鈍化，碳與濃硫酸不反應(yīng)，二氧化硫氣體可使品紅溶液褪色，酸性KMnO₄溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化二氧化硫；
（3）鐵、碳、濃硫酸可以構(gòu)成原電池，加快氣體的逸出速率；
（4）E增重bg為生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)碳原子守恒可求得合金中碳的質(zhì)量，然后計(jì)算鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即可；裝置E末端接觸空氣，堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣；
（5）實(shí)驗(yàn)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)，①通過產(chǎn)生氫氣的量可計(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量，②稱量殘?jiān)�即為碳的質(zhì)量③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(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量，①②實(shí)驗(yàn)操作比③繁瑣，選最簡便的實(shí)驗(yàn)操作當(dāng)然選③．

解答：解：（2）在常溫下Fe遇到濃硫酸溶液鈍化，碳與濃硫酸不反應(yīng)，因此未點(diǎn)燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象；二氧化硫氣體可使品紅溶液褪色，酸性KMnO₄溶液具有強(qiáng)氧化性，可以氧化二氧化硫而除掉混合氣體中的二氧化硫氣體，裝置D是用于除掉二氧化碳中混有的水蒸氣，可選用濃硫酸干燥，
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)；品紅溶液褪色；除去二氧化硫氣體；濃硫酸；
（3）在裝置A中可構(gòu)成許多鐵-碳-濃硫酸微型原電池，加快了氣體的逸出速率，
故答案為：鐵碳在酸溶液中形成原電池；
（4）E增重bg為生成的二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)碳原子守恒可知合金中碳的質(zhì)量為：

12

44

bg=

3

11

bg，鐵碳合金中鐵的質(zhì)量為：（m-

3

11

b）g，鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

m- 3 11 b

m

×100%；裝置E末端接觸空氣，堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，使得裝置E增重質(zhì)量大于bg，
故答案為：

m- 3 11 b

m

×100%；空氣中CO₂、H₂O進(jìn)入E管使b增大；
（5）實(shí)驗(yàn)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)，①通過產(chǎn)生氫氣的量可計(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量，②稱量殘?jiān)�即為碳的質(zhì)量③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，再通過產(chǎn)生氫氣的量可計(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量，因此①②③實(shí)驗(yàn)方案均可達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，但是①②�?shí)驗(yàn)操作比③繁瑣，選最簡便的實(shí)驗(yàn)操作是③，
故答案為：③．

點(diǎn)評：本題考查硫酸的性質(zhì)，通過測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較了濃硫酸和稀硫酸的性質(zhì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮�理分析�?shí)驗(yàn)裝置圖的作用是解題關(guān)鍵．