Question

11．碳、硫的含量影响钢铁性能．某兴趣小组用如下流程如图1对钢样进行探究．

（1）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧，生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，则该固体产物的化学式为Fe₃O₄．
（2）检验钢样灼烧生成气体中的CO₂，需要的试剂是ab（填字母）．
a．酸性KMnO₄溶液 b．澄清石灰水 c．饱和小苏打溶液 d．浓H₂SO₄
（3）取10.00 g钢样在足量氧气中充分灼烧，将生成的气体用足量1%的H₂O₂溶液充分吸收，再用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定吸收液至终点，消耗NaOH溶液20.00mL；另取10.00g钢样在足量氧气中充分灼烧，将生成的气体通过盛有足量碱石灰的U型管（如图2），键石灰增重0.614 g．
①用l%H₂O₂溶液吸收SO₂，发生反应的离子方程式为H₂O₂+SO₂═2H⁺+SO₄^2-
②分别计算该钢样中硫、碳元素的质量分数（写出计算过程）n（S）=n（SO₂）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.02000L×0.1000mol•L^-1=1.000×10^-3mol；w（S）=$\frac{1.000×1{0}^{-3}mol×32g/mol}{10.00g}$×100%=0.32%，
m（CO₂）=0.614-m（SO₂）=0.550g，n（C）=n（CO₂）=$\frac{0.55g}{44g/mol}$=0.0125mol，w（C）=$\frac{0.0125mol×12g/mol}{10.00g}$×100%=1.5%．
③实验测得的碳元素质量分数比真实值偏高，其可能的原因是ab（填字母）
a．U型管中生成的亚硫酸盐吸收了O₂
b．碱石灰吸收了空气中的CO₂
c．气体通过碱石灰的流速过快，末被充分吸收．

Answer 1

分析 （1）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧，生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，计算物质的量之比确定化学式；
（2）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧生成二氧化碳和二氧化硫，检验二氧化碳通过澄清石灰水检验，检查二氧化碳的存在需要除净二氧化硫；
（3）①过氧化氢氧化二氧化硫生成硫酸；
②将生成的气体用足量1%的H₂O₂溶液充分吸收，再用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定吸收液至终点，消耗NaOH溶液20.00mL，二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，硫元素守恒计算得到硫元素质量，另取10.00g钢样在足量氧气中充分灼烧，将生成的气体通过盛有足量碱石灰的U型管（如图2），键石灰增重0.614 g为二氧化碳和二氧化硫的质量，结合元素守恒计算；
③a．亚硫酸盐吸收了O₂，生成二氧化硫减少；
b．碱石灰吸收了空气中的CO₂，碳元素含量增大；
c．气体通过碱石灰的流速过快，末被充分吸收，导致质量减少；

解答 解：（1）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧，生成的固体产物中Fe、O两种元素的质量比为21：8，n（Fe）：n（O）=$\frac{21}{56}$：$\frac{8}{16}$=3：4，化学式为：Fe₃O₄，
故答案为：Fe₃O₄；
（2）钢样中硫元素以FeS形式存在，FeS在足量氧气中灼烧生成二氧化碳和二氧化硫，检验二氧化碳通过澄清石灰水检验，检查二氧化碳的存在需要除净二氧化硫，所以先通过高锰酸钾溶液除去二氧化硫，再通过澄清石灰水检验二氧化碳，若变浑浊证明生成了二氧化碳，故选ab，
故答案为：ab；
（3）①二氧化硫被过氧化氢氧化生成硫酸，反应的离子方程式为：H₂O₂+SO₂═2H⁺+SO₄^2-，
故答案为：H₂O₂+SO₂═2H⁺+SO₄^2-；
②将生成的气体用足量1%的H₂O₂溶液充分吸收，再用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定吸收液至终点，消耗NaOH溶液20.00mL，二氧化硫和氢氧化钠反应生成亚硫酸钠，硫元素守恒计算得到硫元素质量，另取10.00g钢样在足量氧气中充分灼烧，将生成的气体通过盛有足量碱石灰的U型管（如图2），键石灰增重0.614 g为二氧化碳和二氧化硫的质量，结合元素守恒计算，
n（S）=n（SO₂）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.02000L×0.1000mol•L^-1=1.000×10^-3mol；
w（S）=$\frac{1.000×1{0}^{-3}mol×32g/mol}{10.00g}$×100%=0.32%，
m（CO₂）=0.614-m（SO₂）=0.550g
n（C）=n（CO₂）=$\frac{0.55g}{44g/mol}$=0.0125mol，
w（C）=$\frac{0.0125mol×12g/mol}{10.00g}$×100%=1.5%，
故答案为：n（S）=n（SO₂）=$\frac{1}{2}$n（NaOH）=$\frac{1}{2}$×0.02000L×0.1000mol•L^-1=1.000×10^-3mol；
w（S）=$\frac{1.000×1{0}^{-3}mol×32g/mol}{10.00g}$×100%=0.32%，
m（CO₂）=0.614-m（SO₂）=0.550g
n（C）=n（CO₂）=$\frac{0.55g}{44g/mol}$=0.0125mol，
w（C）=$\frac{0.0125mol×12g/mol}{10.00g}$×100%=1.5%；
③a．亚硫酸盐吸收了O₂，生成二氧化硫减少，生成二氧化碳增大，测定结果偏高，故a正确；
b．碱石灰吸收了空气中的CO₂，碳元素含量增大，测定碳元素含量增大，故b增大；
c．气体通过碱石灰的流速过快，末被充分吸收，导致质量减少，测定碳元素质量分数比真实值偏低，故c错误；
故答案为：ab．

点评 本题考查了物质组成、物质成分的实验测定、物质性质和盐酸组成的计算应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．