Question

某�；瘜W(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了圖示實(shí)驗(yàn)裝置（圖中省略了夾持儀器）來(lái)測(cè)定某鐵碳合

金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并探究鐵與濃硫酸的反應(yīng)．
（1）m克鐵碳合金中加入過(guò)量濃硫酸，未點(diǎn)燃酒精燈前，A、B均無(wú)明顯現(xiàn)象，其原因是①常溫下碳與濃硫酸不反應(yīng)；②

 

．
（2）寫出加熱時(shí)A中碳與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（3）B中的現(xiàn)象是：

 

；C的作用是：

 

．
（4）待A中不再逸出氣體時(shí)，停止加熱，拆下E并稱重，E增重bg．則鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

 （寫表達(dá)式）．
（5）反應(yīng)一段時(shí)間后，用滴管吸取A中的溶液滴入到適量水中作為試樣，試樣中所含金屬離子的成分有以下三種可能：A：只含有Fe³⁺；B：只含有Fe²⁺；C：

 

．驗(yàn)證C的實(shí)驗(yàn)方法是

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：濃硫酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn),鐵及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：由裝置圖可知，該實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)測(cè)定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量，再計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故二氧化硫會(huì)影響二氧化碳的測(cè)定，進(jìn)入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）根據(jù)常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)進(jìn)行解答；
（2）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水；
（3）根據(jù)二氧化硫具有漂白性判斷使品紅溶液顏色變化；二氧化硫具有還原性，可以被酸性高錳酸鉀氧化二除去，根據(jù)顏色變化確定二氧化硫是否除盡；
（4）根據(jù)碳原子守恒計(jì)算出合金中含有碳的質(zhì)量，再計(jì)算出合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）根據(jù)鐵與濃硫酸反應(yīng)，鐵可能被氧化成Fe³⁺或Fe²⁺完成假設(shè)Ⅲ；先使用硫氰化鉀檢驗(yàn)鐵離子，然后使用高錳酸鉀溶液檢驗(yàn)亞鐵離子．

解答： 解：由裝置圖可知，該實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)測(cè)定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量，再計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故二氧化硫會(huì)影響二氧化碳的測(cè)定，進(jìn)入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)，沒有二氧化硫生成，故A、B均無(wú)明顯現(xiàn)象，
故答案為：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化；
（2）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水，反應(yīng)方程式為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）由于二氧化硫具有漂白性，所以B裝置中品紅溶液褪色；由裝置可知，實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定E裝置堿石灰增重，測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量，進(jìn)而測(cè)定鐵的含量，堿石灰可以吸收二氧化硫，二氧化硫具有還原性，可以被酸性高錳酸鉀氧化二除去，根據(jù)顏色變化確定二氧化硫是否除盡，故C的作用是除去二氧化硫并檢驗(yàn)二氧化硫以除盡，
故答案為：品紅溶液褪色；除去二氧化硫并檢驗(yàn)二氧化硫已除盡；
（4）稱取mg鐵碳合金，加入過(guò)量濃硫酸，加熱待A中不再逸出氣體時(shí)，停止加熱，拆下E裝置并稱重，E增重bg，則生成二氧化碳的質(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量為

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，則含鐵的質(zhì)量為mg-

3b

11

g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

mg- 3b 11 g

mg

×100%=

11m-3b

11m

×100%；
（5）鐵與濃硫酸反應(yīng)，鐵可能被氧化成Fe³⁺或Fe²⁺，試樣中所含金屬離子的成分有以下三種可能：只含有Fe³⁺；只含有Fe²⁺；既有Fe²⁺，又有Fe³⁺，
檢驗(yàn)假設(shè)Ⅲ的方法為：取試樣少許于試管中，先滴加少量的硫氰化鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有鐵離子；再取少許試樣與試管中，滴加少量的酸性高錳酸鉀溶液，若淺紅色褪去，證明溶液中含有亞鐵離子，
故答案為：既有Fe²⁺，又有Fe³⁺；取試樣少許與試管中，先滴加少量的硫氰化鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe³⁺；再取少許試樣與試管中，滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若淺紅色褪去，證明溶液中含有Fe²⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了探究物質(zhì)的組成方法、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度較大，涉及了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)、離子檢驗(yàn)、鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算等知識(shí)，注意熟記常見物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析和探究，并通過(guò)觀察、記錄和分析的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來(lái)驗(yàn)證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，該類試題側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)答題能力的培養(yǎng)和方法與技巧的指導(dǎo)和訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)試能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．