Question

為測定某生鐵（假設僅含F(xiàn)e和C）粉末狀樣品中鐵的質量分數(shù)，某化學研究性學習小組設計有關方案進行如下實驗．
（1）設計如圖甲所示裝置，使生鐵樣品與稀硫酸反應的操作為

 

．實驗結束后，讀出量氣管中的氣體體積（換算為標準狀況），計算生鐵樣品中鐵的質量分數(shù)，測定的結果偏低，可能的原因是

 

．（填字母序號）
A．反應結束并冷卻后，未再次調節(jié)量氣管和水準管中液面相平，即讀取氣體體積
B．稀硫酸過量
C．水準管中有少量水溢出
（2）設計如圖乙所示裝置，測得反應前后的有關質量如表，則生鐵樣品中鐵的質量分數(shù)為

 

，根據(jù)圖中裝置判斷，若實驗中操作沒有失誤，該實驗結果可能

 

．（填“偏大”、“偏小”或“準確”）

反應前：整套裝置+ 稀硫酸質量/g	反應前： 生鐵樣品質量/g	反應后：整套裝置+ 錐形瓶中剩余物的質量/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，得到CO₂氣體224mL（標準狀況）．則此生鐵粉末中鐵和碳的物質的量之比為

 

．若再取三份不同質量的生鐵粉末，分別加到100mL相同濃度的H₂SO₄溶液中，充分反應后，測得的實驗數(shù)據(jù)如下表所示．計算實驗Ⅱ結束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質量

 

．

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入生鐵樣品的質量/g	1.43	2.86	8.58
生成氣體的體積/L（標準狀況）	0.56	1.12	2.24

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

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

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的操作為液體倒入固體中反應，將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到生鐵樣品中；實驗結束后，讀出量氣管中的氣體體積（換算為標準狀況），計算生鐵樣品中鐵的質量分數(shù)，測定的結果偏低是因為讀取氣體體積時量氣管中液面和水準管液面存在液面差，應調節(jié)量氣管和水準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）反應前后質量減小為氫氣的質量=（a+m-b）g；
氫氣物質的量=鐵物質的量=

a+m-b

2

mol；
鐵的質量分數(shù)=

56g/mol×(a+m-b)

2mg

×100%=

28(a+m-b)

m

；
氫氣攜帶水蒸氣逸出使質量減小的多，鐵的質量增大，質量分數(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，得到CO₂氣體224mL（標準狀況）物質的量為0.01mol，碳元素質量為0.12g；鐵元素物質的量=

5.72g-0.12g

56g/mol

=0.1mol；生鐵粉末中鐵和碳的物質的量之比=0.1：0.01=10：1，高溫下的氧氣流中充分反應，F(xiàn)e和C都和氧氣發(fā)生反應，生成CO₂氣體224 mL（標準狀況），即0.01mol，根據(jù)化學方程式計算得C的物質的量為0.01mol，質量為0.12g，故生鐵的質量為5.72g-0.12g=5.6g，物質的量為0.1mol，故生鐵粉末中鐵和碳的物質的量之比為0.1mol：0.01mol=10：1．
根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，實驗Ⅲ中生鐵粉末是過量的，酸反應完，根據(jù)生成氣體的體積是2.24L計算，酸的物質的量為0.1mol，實驗Ⅱ中酸是過量的，根據(jù)根據(jù)生成氣體的體積是1.12L計算，酸反應了0.05mol，剩余0.05mol，故實驗Ⅱ結束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質量2.86g，故答案為：10：1；2.86．

點評：本題考查了物質性質的實驗探究分析判斷，實驗過程的數(shù)據(jù)處理方法，物質性質的分析應用是解題關鍵，題目難度中等．