Question

14．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(shè)計按下圖所示的實驗裝置，測定生鐵中的含碳量．

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A
A、-2   　　  B、0  　 　   C、+4   　　   D、+6
（2）D中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：H₂O₂+SO₂=2H⁺+SO₄^2-；若無此裝置，所測定的含碳量將偏高（填“偏高”、“偏低”或“不影響”）
（3）寫出燒杯E中的實驗現(xiàn)象：有白色沉淀生成，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
（4）待C管的樣品充分反應(yīng)后，測得E中生成的沉淀為bg，請計算出生鐵中的含碳量為$\frac{12b}{197a}$×100%；
（5）反應(yīng)完成后，欲驗證生鐵含有硫元素，你所設(shè)計的實驗方案是（寫出實驗步驟、現(xiàn)象）取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素；
（6）實驗過程中，該興趣小組應(yīng)注意的安全問題是濃硫酸有腐蝕性，使用時要小心或加熱時要使二通管均勻受熱等．（任寫一種）

Answer 1

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(fù)價；
（2）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，如果沒有雙氧水的氧化，二氧化硫也會與氫氧化鋇反應(yīng)生成沉淀，使碳的百分含量偏高；
（3）二氧化碳通過E裝置生成碳酸鋇沉淀；
（4）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)量分?jǐn)?shù)；
（5）檢驗裝置D的溶液中是否含有硫酸根即可驗證生鐵是否含有硫元素，方法是：取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素；
（6）實驗過程中應(yīng)注意的安全問題有：濃硫酸有腐蝕性，使用時要小心；加熱時要使二通管均勻受熱等．

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(fù)價，故選A，
故答案為：A；
（2）如果沒有雙氧水的氧化，二氧化硫也會與氫氧化鋇反應(yīng)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，反應(yīng)的離子方程式為：H₂O₂+SO₂=2H⁺+SO₄^2-，
故答案為：H₂O₂+SO₂=2H⁺+SO₄^2-，偏高；
（3）二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇與水，反應(yīng)離子方程式為CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O，反應(yīng)現(xiàn)象為生成白色沉淀，
故答案為：有白色沉淀生成；CO₂+Ba²⁺+2OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
（4）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$\frac{bg}{197g/mol}$×12g/mol=$\frac{12b}{197}$g，生鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{12b}{197}g}{ag}$×100%=$\frac{12b}{197a}$×100%，
故答案為：$\frac{12b}{197a}$×100%；
（5）取少量D瓶溶液于試管中，滴加鹽酸酸化的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，滴加鹽酸酸化的BaCl₂溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，說明生鐵中含有硫元素；
（6）實驗過程中應(yīng)注意的安全問題有：濃硫酸有腐蝕性，使用時要小心；加熱時要使二通管均勻受熱等，
故答案為：濃硫酸有腐蝕性，使用時要小心或加熱時要使二通管均勻受熱等．

點評 本題考查對實驗方案設(shè)計與裝置的理解、實驗基本操作、化學(xué)計算等，難度中等，理解實驗原理是解題的關(guān)鍵，是對知識的綜合運用，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)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(yīng)用了這一考點，并結(jié)合生鐵的性質(zhì)加以考查．