Question

為測(cè)定某生鐵（假設(shè)僅含F(xiàn)e和C）粉末狀樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)有關(guān)方案進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
（1）設(shè)計(jì)如圖甲所示裝置，使生鐵樣品與稀硫酸反應(yīng)的操作為

 

．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讀出量氣管中的氣體體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況），計(jì)算生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測(cè)定的結(jié)果偏低，可能的原因是

 

．（填字母序號(hào)）
A．反應(yīng)結(jié)束并冷卻后，未再次調(diào)節(jié)量氣管和水準(zhǔn)管中液面相平，即讀取氣體體積
B．稀硫酸過(guò)量
C．水準(zhǔn)管中有少量水溢出
（2）設(shè)計(jì)如圖乙所示裝置，測(cè)得反應(yīng)前后的有關(guān)質(zhì)量如表，則生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

，根據(jù)圖中裝置判斷，若實(shí)驗(yàn)中操作沒有失誤，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能

 

．（填“偏大”、“偏小”或“準(zhǔn)確”）

反應(yīng)前：整套裝置+ 稀硫酸質(zhì)量/g	反應(yīng)前： 生鐵樣品質(zhì)量/g	反應(yīng)后：整套裝置+ 錐形瓶中剩余物的質(zhì)量/g
a	m	b

（3）若取生鐵粉末5.72g，高溫下的氧氣流中充分反應(yīng)，得到CO₂氣體224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．則此生鐵粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為

 

．若再取三份不同質(zhì)量的生鐵粉末，分別加到100mL相同濃度的H₂SO₄溶液中，充分反應(yīng)后，測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示．計(jì)算實(shí)驗(yàn)Ⅱ結(jié)束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質(zhì)量

 

．

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入生鐵樣品的質(zhì)量/g	1.43	2.86	8.58
生成氣體的體積/L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）	0.56	1.12	2.24

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）Y型管傾斜，使液體倒入生鐵樣品中；計(jì)算生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測(cè)定的結(jié)果偏低可能是讀取氣體體積時(shí)量氣管中液面和水準(zhǔn)管液面存在液面差；
（2）依據(jù)裝置圖分析反應(yīng)前后質(zhì)量減小為氫氣的質(zhì)量，依據(jù)化學(xué)方程式可知生成氫氣物質(zhì)的量和鐵物質(zhì)的量相同；計(jì)算得到鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；氫氣攜帶水蒸氣逸出使質(zhì)量減小的多；
（3）生鐵粉末5.72g，在高溫下的氧氣流中充分反應(yīng)，得到CO₂氣體224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），依據(jù)碳元素守恒得到樣品中含碳的物質(zhì)的量，依據(jù)質(zhì)量計(jì)算鐵的質(zhì)量得到鐵的物質(zhì)的量；根據(jù)表中數(shù)據(jù)知道，最后一組數(shù)據(jù)，鐵反應(yīng)剩余，酸反應(yīng)完，根據(jù)氫氣的體積計(jì)算消耗的酸的量，得到剩余的算的量，來(lái)計(jì)算能溶解的生鐵樣品的質(zhì)量．

解答： 解：（1）甲所示裝置，生鐵和稀硫酸分裝在Y型玻璃管中，使生鐵樣品與稀硫酸反應(yīng)的操作為液體倒入固體中反應(yīng)，將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到生鐵樣品中；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，讀出量氣管中的氣體體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀況），計(jì)算生鐵樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，測(cè)定的結(jié)果偏低是因?yàn)樽x取氣體體積時(shí)量氣管中液面和水準(zhǔn)管液面存在液面差，應(yīng)調(diào)節(jié)量氣管和水準(zhǔn)管中液面相平再讀數(shù)誤差小，
故答案為：將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到生鐵樣品中； A；
（2）反應(yīng)前后質(zhì)量減小為氫氣的質(zhì)量=（a+m-b）g；
氫氣物質(zhì)的量=鐵物質(zhì)的量=

a+m-b

2

mol；
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

56g/mol×(a+m-b)

2mg

×100%=

28(a+m-b)

m

；
氫氣攜帶水蒸氣逸出使質(zhì)量減小的多，鐵的質(zhì)量增大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，
故答案為：

28(a+m-b)

m

； 偏大；
（3）若取生鐵粉末5.72g，在高溫下的氧氣流中充分反應(yīng)，得到CO₂氣體224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）物質(zhì)的量為0.01mol，碳元素質(zhì)量為0.12g；鐵元素物質(zhì)的量=

5.72g-0.12g

56g/mol

=0.1mol；生鐵粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比=0.1：0.01=10：1，高溫下的氧氣流中充分反應(yīng)，F(xiàn)e和C都和氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成CO₂氣體224 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），即0.01mol，根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算得C的物質(zhì)的量為0.01mol，質(zhì)量為0.12g，故生鐵的質(zhì)量為5.72g-0.12g=5.6g，物質(zhì)的量為0.1mol，故生鐵粉末中鐵和碳的物質(zhì)的量之比為0.1mol：0.01mol=10：1．
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)Ⅲ中生鐵粉末是過(guò)量的，酸反應(yīng)完，根據(jù)生成氣體的體積是2.24L計(jì)算，酸的物質(zhì)的量為0.1mol，實(shí)驗(yàn)Ⅱ中酸是過(guò)量的，根據(jù)根據(jù)生成氣體的體積是1.12L計(jì)算，酸反應(yīng)了0.05mol，剩余0.05mol，故實(shí)驗(yàn)Ⅱ結(jié)束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質(zhì)量2.86g，故答案為：10：1；2.86．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究分析判斷，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)處理方法，物質(zhì)性質(zhì)的分析應(yīng)用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．