Question

現(xiàn)有某鐵碳合金，某化學興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)，并探究濃硫酸的某些性質，設計了下圖所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略），請你參與此項活動并回答相應問題．（由實驗裝置引起的實驗誤差忽略不計）．

Ⅰ．探究濃硫酸的某些性質
（1）稱量E的質量；按照圖1示連接裝置，檢查裝置的氣密性．
（2）將m g鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸．未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是：

 

．C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是

 

．D中盛放的試劑是

 

．
（3）反應一段時間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因反應溫度較高外，還可能的原因是

 

．
Ⅱ．測定鐵的質量分數(shù)
（4）待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重b g，則鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)為

 

（寫表達式）．某同學認為：依據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，計算合金中鐵的質量分數(shù)可能會偏低，你認為可能的原因是

 

．
（5）經(jīng)過大家的討論，決定采用下列裝置（圖2）和其他常用實驗儀器測定某些數(shù)據(jù)即可，為了快速和準確地計算出鐵的質量分數(shù)，最簡便的實驗操作是

 

（填寫代號）．
①用排水法測定H₂的體積
②反應結束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘渣的質量
③測定反應前后裝置和藥品的總質量．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量,濃硫酸的性質實驗

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：Ⅰ．由實驗裝置圖1可知，裝置A中濃硫酸和鐵、碳在加熱的條件下反應生成了二氧化碳和二氧化硫，裝置B品紅溶液是檢驗二氧化硫氣體的，裝置C足量的高錳酸鉀溶液是除掉二氧化硫的，裝置D是用于干燥二氧化碳氣體，最后得到干燥的二氧化碳被實驗裝置E中足量的堿石灰吸收．
（2）在常溫下Fe遇到濃硫酸溶液鈍化，碳與濃硫酸不反應；二氧化硫氣體可使品紅溶液褪色，具有還原性，可被酸性KMnO₄溶液氧化性硫；
（3）鐵、碳、濃硫酸可以構成原電池，加快氣體的逸出速率；
Ⅱ．（4）E增重bg為生成的二氧化碳的質量，根據(jù)碳原子守恒可求得合金中碳的質量，然后計算鐵的質量分數(shù)即可；裝置E末端接觸空氣，堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣；
（5）實驗裝置圖2利用鐵和稀硫酸反應生成氫氣，碳與稀硫酸不反應，①通過產(chǎn)生氫氣的量可計算出合金中鐵的質量，②稱量殘渣即為碳的質量③測定反應前后裝置和藥品的總質量，質量差即為生成氫氣的質量，再通過通過產(chǎn)生氫氣的量可計算出合金中鐵的質量，①②實驗操作比③繁瑣，選最簡便的實驗操作當然選③．

解答： 解：Ⅰ．（2）在常溫下Fe遇到濃硫酸溶液鈍化，碳與濃硫酸不反應，因此未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象；二氧化硫氣體可使品紅溶液褪色，酸性KMnO₄溶液具有強氧化性，可以氧化二氧化硫而除掉混合氣體中的二氧化硫氣體，裝置D是用于除掉二氧化碳中混有的水蒸氣，可選用濃硫酸干燥，
故答案為：常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；除去二氧化硫氣體；濃硫酸；
（3）在裝置A中可構成許多鐵-碳-濃硫酸微型原電池，加快了氣體的逸出速率，故答案為：鐵碳在酸溶液中形成原電池；
Ⅱ．（4）E增重bg為生成的二氧化碳的質量，根據(jù)碳原子守恒可知合金中碳的質量為：

12

44

bg=

3

11

bg，鐵碳合金中鐵的質量為：（m-

3

11

b）g，鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)為：

m- 3 11 b

m

×100%；裝置E末端接觸空氣，堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，使得裝置E增重質量大于bg，
故答案為：

m- 3 11 b

m

×100%；空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大；
（5）因為鐵碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質量可以通過釋放氫氣的質量求出，進而計算鐵的質量分數(shù)；測定反應前后裝置和藥品的總質量是最簡便的實驗操作；用排水法測定H₂的體積增加實驗操作收集時易損耗氣體造成誤差；反應結束后，過濾、洗滌、稱量殘渣的質量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實驗操作，增加操作儀器和步驟會對實驗結果產(chǎn)生較多的誤差，所以只有C是最簡單的操作，
故答案為：③．

點評：本題以硫酸的性質為載體考查，測定鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)以及濃硫酸和稀硫酸的性質比較，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，根據(jù)實驗目的和原理分析實驗裝置圖的作用是解題關鍵，難度中等．