Question

（2013?漢陽區(qū)二模）為了測定實驗室某生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)，兩位同學(xué)分別設(shè)計了如下甲、乙兩個實驗方案．

方案甲：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₁g，按圖Ⅰ所示裝置進行實驗．完全反應(yīng)后，測得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₁L，查得其密度為ρg/L．
方案乙：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₂g，先按圖Ⅱ所示裝置進行實驗．當(dāng)生銹鐵片完全變成光亮的銀白色時，停止加熱，繼續(xù)通入CO至室溫．取出鐵片，按圖Ⅰ所示裝置繼續(xù)進行實驗．完全反應(yīng)后，測得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₂L，查得其密度為ρg/L．
（1）【評價交流】有同學(xué)分析甲方案即使讀數(shù)準確也不可行，你認為其缺陷是：

甲方案只能測出鐵單質(zhì)的質(zhì)量，不能測出鐵元素的質(zhì)量

．
（2）【設(shè)計實驗】方案乙中，同學(xué)們設(shè)計了如下實驗報告，請幫助完成．

實驗編號	實驗步驟	實驗現(xiàn)象	解釋或化學(xué)方程式
①裝置Ⅱ	通入CO，加熱．完全反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)通CO至室溫	生銹鐵片變成光亮的銀白色	反應(yīng)結(jié)束后，還要繼續(xù)通CO至室溫的目的是 防止鐵片在高溫下又被氧化或防止倒吸 ．
②裝置Ⅰ	將光亮鐵片放入稀鹽酸中，完全反應(yīng)	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學(xué)方程式： Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

（3）【提出問題】圖 II所示裝置是否有可改進之處？請簡要敘述具體改進意見：

是，將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個氣球）

（4）【結(jié)論】生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)是

2800ρ₂V₂/m₂%

（用字母表示）

Answer 1

分析：由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，由于方案甲中根據(jù)計算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，無法計算出鐵的氧化物的質(zhì)量，也就無法計算出鐵元素的總質(zhì)量；而乙首先利用還原劑把鐵的化合物中的鐵元素全部變成了金屬鐵，然后根據(jù)生成的氫氣的質(zhì)量就可求出參與反應(yīng)的金屬鐵的質(zhì)量即生銹鐵片中鐵元素的總質(zhì)量．

解答：解：（1）由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，所以方案甲中根據(jù)計算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，而無法知道鐵的化合物的質(zhì)量；
（2）①當(dāng)實驗結(jié)束時，要繼續(xù)通一氧化碳，防止被還原的鐵片在高溫下又重新被氧化或玻璃管冷卻會導(dǎo)致里面的壓強減小，從而試管內(nèi)的水會倒吸到玻璃管內(nèi)；
②由于鐵能夠和稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）由于二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的主要氣體，而一氧化碳有毒，排放到空氣中會造成空氣污染，因此必須對這兩種氣體進行處理，改進方法為：將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個氣球）；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，和稀鹽酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量即為生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量，
設(shè)生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量為x．
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56             2
x             ρ₂v₂

28p2V2

m2

56

x

=

2

ρ2v2

x=28p₂V₂
則生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)為

28p2V2

m2

×100%=2800ρ₂V₂/m₂%．
故答案：（1）甲方案只能測出鐵單質(zhì)的質(zhì)量，不能測出鐵元素的質(zhì)量；
（2）①防止鐵片在高溫下又被氧化或防止倒吸； ②Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）是，將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個氣球）；
（4）2800ρ₂V₂/m₂%．

點評：本題難度較大，主要考查了鐵的冶煉、鐵的有關(guān)化學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用并對實驗的方案進行評價，能夠培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力．