Question

某化學興趣小組想對某次高爐煉鐵得到的生鐵中鐵的質量分數(shù)進行探究，請按要求完成下列探究報告．
實驗目的：
測定生鐵中鐵的質量分數(shù)．
資料支撐：
生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素．碳在生鐵中以兩種形態(tài)存在：一種是單質碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳、磷、硫存在形式較為復雜；這些物質通常都不與稀硫酸發(fā)生化學反應．
設計思路：
要測定生鐵中鐵的質量分數(shù)，必須先通過實驗測定并計算鐵的質量，基本思路是

 

．
實驗過程：
①取一只燒杯，稱得其質量為70.4g，加入一定量生鐵的樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質量為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的總質量為348.7g．
數(shù)據(jù)處理：計算該生鐵樣品中單質鐵的質量分數(shù)是多少？（寫出計算過程）
交流討論：
（1）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是：

 

；
（2）經質檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%．假設沒有與稀硫酸反應的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質量為

 

（計算結果保留一位小數(shù)）；
（3）該小組的同學還查閱到：一氧化碳具有可燃性，點燃一氧化碳與空氣的混合物有可能爆炸．他們按下表中的體積比收集四瓶一氧化碳和空氣的混合氣，并點火實驗，結果列于下表中：

V（CO）：V（空氣）	3：7	5：5	7：3	8：2
點火處理	炸	炸	炸	不炸

①由上述實驗可知，CO在空氣混合氣中的爆炸極限（體積分數(shù)）約為12.5%～

 

；
②由此我們得到啟示：在點燃或加熱一氧化碳前，一定要先

 

；
③一氧化碳還可用于煉鐵，請寫出一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式：

 

．

Answer 1

分析：設計思路：根據(jù)實驗目的和鐵的性質分析實驗的設計思路；
實驗過程：燒杯中減少的質量是生成氫氣的質量，根據(jù)鐵與稀硫酸反應的化學方程式可以計算出樣品中單質鐵的質量．進而計算出樣品中單質鐵的質量分數(shù)．
交流討論：（1）加入過量稀硫酸的目的是使鐵全部反應；
（2）由樣品質量和樣品中鐵元素的質量分數(shù)，可以計算出樣品中鐵元素的總質量，去掉單質鐵的質量，就是沒有與稀硫酸反應的鐵元素的質量，根據(jù)物質中某元素的質量分數(shù)的計算公式可以計算出樣品中Fe₃C的質量；
（3）可燃性氣體與空氣混合點燃時可可能會發(fā)生爆炸，點燃前一定要驗純，根據(jù)表格數(shù)據(jù)判斷爆炸極限，根據(jù)一氧化碳和氧化鐵反應的生成物和條件書寫化學方程式．

解答：解：設計思路：要測定生鐵中鐵的質量分數(shù)，可根據(jù)鐵能和酸反應生成氫氣，其他雜質和酸不反應，可根據(jù)氫氣的質量計算出鐵的質量，進而算出質量分數(shù)．故答案為：將生鐵樣品與過量稀硫酸反應，并測定反應前后燒杯和燒杯內物質的質量差得出氫氣的質量，再計算出鐵的質量；
數(shù)據(jù)處理：
解：氫氣的質量=102.4g+247.3g-348.7g=1g
設鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56              2
x               1g

56

2

=

x

1g

x=28g
鐵的質量分數(shù)=28g/（102.4g-70.4g）×100%=87.5%
答：生鐵樣品中單質鐵的質量分數(shù)是87.5%；
交流討論：（1）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是保證將單質鐵全部反應，使后面的實驗結果更精確；
（2）生鐵的樣品的質量為102.4g-70.4g=32g，該樣品中鐵元素的總含量為32g×95.2%=30.464g，其中純鐵的質量為32g×87.5%=28g，則樣品中Fe₃C的質量為（30.464g-28g）÷

56×3

56×3+12

=2.6g；
（3）①由上述實驗可知，V（CO）：V（空氣）=8：2時不爆炸，故CO在空氣混合氣中的爆炸極限的上限為 80%；
②在點燃或加熱一氧化碳前，一定要先檢驗氣體的純度，防止發(fā)生爆炸；
③一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂．
故答案為：（1）保證將單質鐵全部反應
（2）2.6g
（3）①80%   ②驗純   ③Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂

點評：本題主要考查探究生鐵中鐵的質量分數(shù)的方法和有關化學方程式的計算和化學式的計算，解答時要按步驟規(guī)范準確的解答．