Question

生鐵中除鐵外，還含有其他元素，如碳元素和硫元素．其中碳主要以碳化鐵的形態(tài)存在，它使生鐵性能堅硬而脆，所以生鐵的用途不大，一般用做煉鋼的原料．某興趣小組設計按如圖所示的實驗裝置測定生鐵中的含碳量和含硫量．
 
請回答下列問題：
（1）硫在生鐵中是有害元素，它使生鐵產(chǎn)生熱脆性．硫元素在生鐵中最有可能存在的價態(tài)是

 

．（填正確答案的標號）
A．-2    B.0    C．+4    D．+6
（2）需要加熱的裝置是

 

（填裝置標號）．
（3）若無D裝置，最終所測定的生鐵含碳量

 

（填“偏高”或“偏低”或“無影響”）
（4）燒杯E中發(fā)生反應的離子反應方程式為

 

（5）在C管中的樣品充分反應后，將E中最終的沉淀過濾、洗滌、干燥，稱其質(zhì)量為b克，計算生鐵中碳元素的質(zhì)量分數(shù)為

 

．
（6）有同學提出應該在C和D之間加一套裝置，該裝置的作用是

 

；還有同學提出在D和E之間也應該再接一套裝置，該裝置的作用是

 

．
（7）反應完成后，欲檢驗生鐵中含有硫元素，請你設計簡單的實驗方案（寫出實驗步驟、現(xiàn)象）

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）鐵的化合價一定為正價，而碳的非金屬小于硫的非金屬性，因此S一定顯示負價；
（2）A裝置是雙氧水在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，不需加熱，而裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫都需要加熱；
（3）如果沒有雙氧水的氧化，二氧化硫也會與氫氧化鋇反應生成沉淀，使碳的百分含量偏高；
（4）裝置A中過氧化氫在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，通過濃硫酸干燥后，將裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫，兩種氣體通過過氧化氫溶液后，二氧化硫被氧化并吸收，二氧化碳通過E裝置生成碳酸鋇沉淀；
（5）若E中沉淀的質(zhì)量為bg，是碳酸鋇的質(zhì)量，根據(jù)碳元素守恒可知碳酸鋇的物質(zhì)的量與二氧化碳的物質(zhì)的量相等，據(jù)此計算生鐵中碳的質(zhì)量，計算生鐵中碳的質(zhì)量為，利用質(zhì)量分數(shù)生鐵中碳的質(zhì)量分數(shù)為；
（6）根據(jù)二氧化硫易溶于水，所以在C和D之間加一套防倒吸的裝置，檢驗二氧化碳必須要檢驗二氧化硫除盡，所以在D和E之間也應該再接一套檢驗SO₂已經(jīng)除盡的裝置；
（7）根據(jù)用雙氧水吸收二氧化硫，并且將二氧化硫氧化成硫酸根，進一步檢驗D中含有硫酸根即可檢驗生鐵中含有硫元素，據(jù)此分析．

解答： 解：（1）鐵的化合價一定為正價，而碳的非金屬小于硫的非金屬性，因此S一定顯示負價，故選：A；
（2）A裝置是雙氧水在二氧化錳為催化劑的條件下生成氧氣，不需加熱，而裝置C中的碳元素氧化為二氧化碳、硫元素氧化為二氧化硫都需要加熱，故選：C；
（3）如果沒有雙氧水的氧化，二氧化硫也會與氫氧化鋇反應生成沉淀，使碳的百分含量偏高，故D中30% 雙氧水的作用是吸收SO₂氣體，故答案為：偏高；
（4）二氧化碳與氫氧化鋇反應生成碳酸鋇與水，反應離子方程式為CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O，故答案為：CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
（5）若E中得到bg碳酸鋇，根據(jù)碳元素守恒可知碳酸鋇的物質(zhì)的量與二氧化碳的物質(zhì)的量相等，故生鐵中碳的質(zhì)量為

bg

197g/mol

×12g/mol=

12b

197

g，生鐵中碳的質(zhì)量分數(shù)為

12b 197

a

×100%=

1200b

197a

%，故答案為：

1200b

197a

%；
（6）根據(jù)二氧化硫易溶于水，所以在C和D之間加一套防倒吸的裝置，檢驗二氧化碳必須要檢驗二氧化硫除盡，所以在D和E之間也應該再接一套檢驗SO₂已經(jīng)除盡的裝置，故答案為：防止D中液體倒吸； 檢驗SO₂已經(jīng)除盡；   
（7）因為用雙氧水吸收二氧化硫，并且將二氧化硫氧化成硫酸根，則檢驗D中含有硫酸根即可檢驗生鐵中含有硫元素，方案為：取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸使其酸化，再滴入BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素，
故答案為：取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸使其酸化，再滴入BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素．

點評：本題考查對實驗方案設計與裝置的理解、實驗基本操作、化學計算等，難度中等，理解實驗原理是解題的關鍵，是對知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎知識與運用知識分析問題、解決問題的能力．二氧化硫和二氧化碳均屬于酸性氧化物，其性質(zhì)相似，因此高考中對于這兩種氣體的鑒別考查的比較多，而本題則巧妙的應用了這一考點，并結(jié)合生鐵的性質(zhì)加以考查．