Question

4．一化學(xué)興趣小組對某生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)進行探究．請按要求完成下列探究報告．
[實驗?zāi)康腯
測定某生鐵樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)．
[資料支撐]
1生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素．
2碳在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳、磷、硫存在形式較為復(fù)雜；這些物質(zhì)通常都不與稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．
[實驗方案]
生鐵樣品與過量的稀硫酸反應(yīng)，測定反應(yīng)前后可稱量物質(zhì)的質(zhì)量差．
[實驗過程]
（1）取一只燒杯，稱得其質(zhì)量為70.4g，加入一定量生鐵樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質(zhì)量為102.4g；
（2）向盛有生鐵樣品的燒杯中加入稀硫酸，邊加邊攪拌，直到燒杯中不再產(chǎn)生氣泡，再加入少量稀硫酸以確保過量，測得共用去稀硫酸247.3g；
（3）靜置，稱量．稱得燒杯和剩余物質(zhì)的總質(zhì)量為348.7g．
[數(shù)據(jù)處理]
計算該生鐵樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)：
[交流討論]
（1）實驗稱量時稱量物應(yīng)放在托盤天平的左盤（選填“左”或“右”）；
（2）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是確保生鐵樣品中鐵單質(zhì)與稀硫酸完全反應(yīng)；
（3）經(jīng)質(zhì)檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%．假設(shè)沒有與硫酸反應(yīng)的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質(zhì)量分數(shù)為8.25%．

Answer 1

分析 燒杯中減少的質(zhì)量是生成氫氣的質(zhì)量，根據(jù)鐵與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量．進而計算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)．
由樣品質(zhì)量和樣品中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)，可以計算出樣品中鐵元素的總質(zhì)量，去掉單質(zhì)鐵的質(zhì)量，就是沒有與稀硫酸反應(yīng)的鐵元素的質(zhì)量，根據(jù)物質(zhì)中某元素的質(zhì)量分數(shù)的計算公式可以計算出樣品中Fe₃C的質(zhì)量，進而計算出樣品中Fe₃C的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：生成氫氣的質(zhì)量為102.4g+247.3g-348.7g=1g
設(shè)樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x              1g
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{1g}$，x=28g
樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{28g}{102.4g-70.4g}$×100%=87.5%
稱量是物品放在天平的左盤，砝碼放在天平的右盤．
（3）設(shè)樣品質(zhì)量為100g，則樣品中鐵元素的總質(zhì)量為
100g×95.2%=95.2g．
鐵單質(zhì)的質(zhì)量為100g×87.5%=87.5g
樣品中Fe₃C的鐵元素質(zhì)量為95.2g-87.5g=7.7g
7.7g÷（$\frac{56×3}{180}$×100%）=8.25g
樣品中Fe₃C的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{8.25g}{100g}$×100%=8.25%
答：生鐵樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)為87.5%
（1）左；（2）確保生鐵樣品中鐵單質(zhì)與稀硫酸完全反應(yīng)；（3）8.25%．

點評 本題主要考查有關(guān)化學(xué)方程式的計算和化學(xué)式的計算，難度較大．