Question

12．有某鐵碳合金，某化學(xué)興趣小組為了測(cè)定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并 探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方案（夾持儀器已省略），請(qǐng)你參與此項(xiàng)活動(dòng)并回答相應(yīng)問題．

Ⅰ．探究濃硫酸的某些性質(zhì)
（1）按圖示的連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量E的質(zhì)量．
（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(diǎn)燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是：常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)．
（3）點(diǎn)燃酒精燈一段時(shí)間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象．寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O（任寫一個(gè)）．
（4）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，A中還可能發(fā)生某些離子反應(yīng)．寫出相應(yīng)的離子方程式2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑（任寫一個(gè)）．
（5）反應(yīng)一段時(shí)間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因溫度較高，反應(yīng)放熱外，還可能的原因是鐵、碳在酸溶液中形成原電池．
Ⅱ．測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
（6）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．可由此進(jìn)一步求 得鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（7）某同學(xué)認(rèn)為上述方法較復(fù)雜，使用圖2所示的裝置和其它常用實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)定某些 數(shù)據(jù)即可．為了快．速．和準(zhǔn)．確．的計(jì)算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)操作是C（填寫代號(hào)）
A． 用排水法測(cè)定H₂的體積
B． 反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量
C． 測(cè)定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量．

Answer 1

分析 根據(jù)題干中的信息和實(shí)驗(yàn)裝置圖，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行分析計(jì)算；明確實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)；
（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)；
（3）鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和鐵在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸鐵和二氧化硫水；碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳二氧化硫水，依據(jù)書寫化學(xué)方程式的原則寫出；B中品紅的紅色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通過現(xiàn)象證明濃硫酸生成了二氧化硫，表現(xiàn)了強(qiáng)氧化性；
（4）依據(jù)隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時(shí)，可以和反應(yīng)生成的硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣；
（5）鐵碳在硫酸溶液中形成原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率；
（6）根據(jù)mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，氣體通過濃硫酸干燥后通入干燥管E，E中所裝試劑為堿石灰，可吸收CO₂；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，則可求出mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量進(jìn)而求出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，
（7）因?yàn)殍F碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，瓶總質(zhì)量的減少量即為氫氣的生成量．

解答 解：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)，故無明顯現(xiàn)象，
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(yīng)；
（3）鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強(qiáng)氧化性和鐵在加熱條件下反應(yīng)生成硫酸鐵和二氧化硫水；碳和濃硫酸加熱反應(yīng)生成二氧化碳二氧化硫水，依據(jù)書寫化學(xué)方程式的原則寫出2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（4）隨著反應(yīng)進(jìn)行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時(shí)，可以和反應(yīng)生成的硫酸鐵反應(yīng)生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，所以離子方程式為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（5）鐵碳在酸溶液中符合原電池的組成條件，形成原電池反應(yīng)，原電池能加快化學(xué)反應(yīng)速率，
故答案為：鐵、碳在酸溶液中形成原電池；
（6）稱取mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，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=$\frac{bg}{44g/mol}$=$\frac{3b}{11}$g，則含鐵的質(zhì)量為mg-$\frac{3b}{11}$g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{m-\frac{3b}{11}}{m}$×100%=$\frac{11m-3b}{11m}$×100%，
答：求得鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{11m-3b}{11m}$×100%；
（7）因?yàn)殍F碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，瓶總質(zhì)量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質(zhì)量可以通過釋放氫氣的質(zhì)量求出，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；測(cè)定反應(yīng)前后裝置和藥品的總質(zhì)量是最簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)操作；用排水法測(cè)定H₂的體積增加實(shí)驗(yàn)操作收集時(shí)易損耗氣體造成誤差；反應(yīng)結(jié)束后，過濾、洗滌、稱量殘?jiān)�的質(zhì)量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實(shí)驗(yàn)操作，增加操作儀器和步驟會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較多的誤差，所以只有C是最簡(jiǎn)單的操作，
故答案為：C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查濃硫酸的性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等．