Question

【题目】现有某铁碳合金，某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的还原产物，设计了如图所示的实验装置和实验方案(夹持仪器已省略)，请你参与此项活动并回答相应问题：

（1）该装置的连接顺序a___(填接口字母)，连接好装置后，首先应进行的操作是____。

（2）mg铁碳合金中加入浓H2SO4，点燃酒精灯一段时间后，用滴管吸取A中的溶液滴入到适量水中作为试样，试样中所含金属离子的成分有以下三种可能：A：只含有Fe3＋；B：只含有Fe2＋；C：____，若为A，则A中反应的化学方程式为___，验证C种可能的实验方法___。

（3）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下C并称重，C增重bg。铁碳合金中铁的质量分数____(写表达式)。

（4）某同学认为利用此装置测得铁的质量分数偏大，请你写出可能的原因：_____。

（5）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____。

Answer 1

【答案】hicbfgde 检查装置气密性 既有Fe2＋，又有Fe3＋ 2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 取试样少许于试管中，先滴加少量的硫氰酸钾溶液，振荡后溶液显示红色证明有Fe3＋；再取少许试样于试管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，证明溶液中含有Fe2＋ 反应产生的CO2气体未能完全排到装置C中，则C增加的质量偏小，所以碳的质量会偏小，铁的质量分数会偏高 Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋

【解析】

（1）铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫具有漂白性，应先检验二氧化硫，用品红溶液，然后用过量高锰酸钾除去二氧化硫，用浓硫酸干燥后，剩余二氧化碳被碱石灰吸收，故连接顺序为：a hicbfgd e；在进行气体制备实验前，应先检查装置气密性；故答案为：hicbfgd e；检查装置气密性

（2）浓硫酸具有氧化性，与铁反应生成Fe3＋，随着反应的进行浓硫酸浓度减小，逐渐变为稀硫酸，若铁足量，与稀硫酸反应生成Fe2＋，若铁过量，过量的铁与Fe3＋反应生成Fe2＋，因此反应后的溶液中含有的金属离子成分可能有三种：A：只含有Fe3＋；B：只含有Fe2＋；C：既有Fe2＋，又有Fe3＋；铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，则A中反应的化学方程式为：2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，验证第三种可能的实验方法：取试样少许于试管中，先滴加少量的硫氰酸钾溶液，振荡后溶液显示红色证明有Fe3＋；再取少许试样于试管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，证明溶液中含有Fe2＋。

答案为：既有Fe2＋，又有Fe3＋；2Fe＋6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；取试样少许于试管中，先滴加少量的硫氰酸钾溶液，振荡后溶液显示红色证明有Fe3＋；再取少许试样于试管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，证明溶液中含有Fe2＋；

（3）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C装置并称重，C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=×12g/mol= g，则含铁的质量为mg-g，铁的质量分数=×100%=×100%。

答案为：×100%

（4）反应产生的CO2气体未能完全排到装置C中，则C增加的质量偏小，所以碳的质量会偏小，铁的质量分数会偏高，故答案为：反应产生的CO2气体未能完全排到装置C中，则C增加的质量偏小，所以碳的质量会偏小，铁的质量分数会偏高；

（5）浓硫酸具有氧化性，与铁反应生成Fe3＋，随着反应的进行浓硫酸浓度减小，逐渐变为稀硫酸，若铁足量，与稀硫酸反应生成Fe2＋，若铁过量，过量的铁与Fe3＋反应生成Fe2＋，还可能发生的离子反应为：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

答案为：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；