Question

某化學小組利用下圖所示的實驗裝置測定生鐵樣品（除鐵和碳外，不含其它雜質）中鐵的質量分數(shù)，并探究濃硫酸的性質（某些夾持儀器已略去；忽略實驗前裝置中的空氣和實驗后殘留氣體）．已知酸性KMnO₄溶液可以把硫 從+4價氧化為+6價．

（1）開始時A中碳和濃硫酸發(fā)生反應的化學方程式為

 

．
（2）裝置B中的現(xiàn)象是

 

；裝置E的作用是

 

．
（3）裝置C的作用是

 

；證明此結論的實驗現(xiàn)象是

 

．
（4）此裝置存在一定的缺陷，改進的方法是

 

．
（5）利用改進后的裝置進行實驗，若實驗前稱取m g生鐵樣品，實驗結束后D管增重b g，則此樣品中鐵的質量分數(shù)為

 

（用數(shù)學式表示）．

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：鐵和濃硫酸反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，碳和濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫的檢驗可以用品紅，吸收可以用高猛酸鉀，將產(chǎn)生的二氧化碳用濃硫酸干燥，通入堿石灰，根據(jù)堿石灰增加的質量可以確定二氧化碳的質量，根據(jù)C元素守恒，可以計算碳單質的質量，進而計算鐵的質量，得到鐵的質量分數(shù)；
（1）碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，依據(jù)書寫化學方程式的原則寫出；
（2）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)了強氧化性；
（3）二氧化硫具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為硫酸根離子，據(jù)此回答；
（4）從裝置C出來的二氧化碳沒有干燥，混有水蒸氣；
（5）堿石灰增加的質量可以確定反應中產(chǎn)生的二氧化碳的質量，根據(jù)實驗原理結合元素守恒來計算．

解答： 解：（1）碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳二氧化硫水，方程式分別為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（2）鐵和濃硫酸反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，碳和濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫具有漂白性，能使品紅褪色，故B中品紅的紅色褪去；堿石灰增加的質量可以確定反應中產(chǎn)生的二氧化碳的質量，但是不能受到空氣中的水以及二氧化碳的影響，裝置E防止外界空氣中CO₂、水蒸氣進入D管；故答案為：
品紅溶液褪色；除去空氣中的水和二氧化碳；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強氧化性吸收二氧化硫，二氧化硫具有還原性，能被高錳酸鉀氧化為硫酸根離子，5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄ ，看到高錳酸鉀顏色變淺，故答案為：除去二氧化硫；高錳酸鉀顏色變淺；
（4）從裝置C出來的二氧化碳沒有干燥，混有水蒸氣，D裝置把二氧化碳和水蒸氣都吸收，導致測得結果有誤差，改進的方法是在C與D之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶，故答案為：在C與D之間增加盛有濃硫酸的洗氣瓶；
（5）堿石灰增加的質量可以確定反應中產(chǎn)生的二氧化碳的質量，D增重b g，即生成二氧化碳的質量是bg，根據(jù)碳元素守恒，所以混合物中含有碳單質的質量是

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，所以鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)為

mg- 3b 11 g

mg

×100%=

11m-3b

11m

×100%．
故答案為：

11m-3b

11m

×100%．

點評：本題考查了物質性質的探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應和試劑作用是解題關鍵，題目難度中等．