Question

8．現(xiàn)有某鐵碳合金（鐵和碳兩種單質(zhì)的混合物），某化學(xué)興趣小組為了測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)計了下圖所示的實驗裝置（夾持儀器已省略）和實驗方案進行實驗探究．

Ⅰ測定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：
（1）檢查上述裝置氣密性的一種方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導(dǎo)管，然后把導(dǎo)管放入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后導(dǎo)管產(chǎn)生一段水柱，則證明裝置的氣密性良好．
（2）稱量E的質(zhì)量，并將a g鐵碳合金樣品放入裝置A中，再加入足量的濃硫酸，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．鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{11a-3b}{11a}$×100%（寫表達式）．
（3）裝置C的作用除去CO₂中的SO₂．
（4）甲同學(xué)認(rèn)為，依據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，計算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可能會偏低，原因是空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大．
（5）乙同學(xué)按照甲同學(xué)認(rèn)為改進實驗，改進方法是在裝置E的后邊再連接一個與E相同的裝置但測得合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)卻偏高．你認(rèn)為其中可能的原因是反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導(dǎo)致b偏低．
Ⅱ探究濃硫酸的某些性質(zhì)：
（6）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是：常溫下，F(xiàn)e被濃H₂SO₄鈍化，碳不與濃H₂SO₄反應(yīng)．
（7）A中鐵與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 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(yīng)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?xì)怏w，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．
（1）依據(jù)裝置中的壓強變化恒容液面變化分析檢驗，最后導(dǎo)氣管插入水，加熱發(fā)生裝置導(dǎo)氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱；
（2）根據(jù)ag鐵碳合金，加入過量濃硫酸，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ag鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量進而求出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀的強氧化性吸收二氧化硫氣體；
（4）空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大，則求出的二氧化碳的質(zhì)量偏大；
（5）E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入干燥管；裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收；
（6）常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應(yīng)；
（7）鐵和過量濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，濃硫酸作用依據(jù)化學(xué)方程式中化合價變化分析作用．

解答 解：在裝置A中發(fā)生Fe和C與濃硫酸的反應(yīng)，產(chǎn)生CO₂、SO₂和鐵的氧化物，裝置B檢驗SO₂，裝置C吸收SO₂，裝置D干燥氣體的，裝置E是吸收CO₂的，E增重的質(zhì)量b是CO₂的質(zhì)量．
（1）關(guān)閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導(dǎo)管，然后把導(dǎo)管放入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后導(dǎo)管產(chǎn)生一段水柱，
故答案為：把導(dǎo)管放入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后導(dǎo)管產(chǎn)生一段水柱；
（2）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，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$\frac{12b}{44}$g=$\frac{3b}{11}$g，則含鐵的質(zhì)量為ag-$\frac{3b}{11}$g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{11a-3b}{11a}$×100%，
故答案為：$\frac{11a-3b}{11a}$×100%；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強氧化性吸收二氧化硫，5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄，所以裝置C的作用是除去CO₂中的SO₂，
故答案為：除去CO₂中的SO₂；
（4）空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大，則求出的二氧化碳的質(zhì)量偏大，即碳的質(zhì)量偏大，所以鐵的質(zhì)量偏小，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏��；
故答案為：空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大；
（5）E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，改進的方法是增加一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進入；裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會導(dǎo)致b偏低，
故答案為：空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大；反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導(dǎo)致b偏低；
（6）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應(yīng)，
故答案為：常溫下，F(xiàn)e被濃H₂SO₄鈍化，碳不與濃H₂SO₄反應(yīng)；
（7）鐵和過量濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

點評 本題考查了有關(guān)濃硫酸、鐵、碳等物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗，側(cè)重考查了實驗方法、裝置的特征分析，流程反應(yīng)和試劑作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．