Question

某校化学兴趣小组设计了图示实验装置（图中省略了夹持仪器）来测定某铁碳合金中铁的质量分数，并探究铁与浓硫酸的反应。

（1）m克铁碳合金中加入过量浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是①常温下碳与浓硫酸不反应；② 。

（2）写出加热时A中碳与浓硫酸发生反应的化学方程式 。

（3）B中的现象是 ；C的作用是 。

（4）随着反应的进行，A中还可能发生某些离子反应，写出相应的离子方程式

反应一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因温度较高，反应放热外，还可能的原因是 ；

（5）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重bg。则铁碳合金中铁的质量分数为 （写含m、b的表达式）。

（6）某同学认为上述方法较复杂，使用下图所示的装置和其它常用实验仪器测定某些数据即可。为了快速和准确的计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是 （填写代号）。

 

A．用排水法测定H2的体积

B．反应结束后，过滤、洗涤、称量残渣的质量

C．测定反应前后装置和药品的总质量

 

Answer 1

（1）②铁在浓硫酸中纯化

（2）C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O

（3）B中：品红溶液褪色 C中：除去SO2

（4）2Fe3++Fe═3Fe2+或Fe+2H+═Fe2++H2↑ 铁、碳在溶液中形成原电池

（5）（11m-3b）/11m

（6）C

【解析】（1）②常温下铁与浓硫酸发生钝化；

（3）在加热条件下，铁与碳均与浓硫酸反应，浓硫酸被还原为二氧化硫，碳氧化为二氧化硫，所以B中的现象是品红溶液褪色；为了防止二氧化硫对测定二氧化碳的干扰，C的作用是除去二氧化硫；

（4）随着反应进行浓硫酸变稀后，铁足够量时，可以和反应生成的硫酸铁反应生成硫酸亚铁，铁与剩余稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，所以离子方程式为：2Fe3++Fe═3Fe2+或Fe+2H+═Fe2++H2↑；铁碳在酸溶液中符合原电池的组成条件，形成原电池反应，原电池能加快化学反应速率。

（5）称取mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，加热待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E装置并称重，E增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则mg铁碳合金中含碳元素的质量=12b/44=3b/11g，含铁的质量为mg-3b/11。则铁的质量分数是（11m-3b）/11m

（6）因为铁碳合金中的铁可以与稀硫酸反应生成氢气，瓶总质量的减少量即为氢气的生成量，而铁的质量可以通过释放氢气的质量求出，进而计算铁的质量分数；测定反应前后装置和药品的总质量是最简便的实验操作；用排水法测定H2的体积增加实验操作收集时易损耗气体造成误差；反应结束后，过滤、洗涤、称量残渣的质量，需要过滤装置、天平称量等多部实验操作，增加操作仪器和步骤会对实验结果产生较多的误差，所以只有C是最简单的操作