Question

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，并探究浓硫酸的某些性质，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．（由实验装置引起的实验误差忽略不计）．

Ⅰ．探究浓硫酸的某些性质
（1）称量E的质量；按照图1所示连接装置，检查装置的气密性．
（2）将mg铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸．未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：

 

．点燃酒精灯一段时间后，B中可观察到的明显现象是

 

．C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是

 

．D中盛放的试剂是

 

．
（3）反应一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因反应温度较高外，还可能的原因是

 

．
Ⅱ．测定铁的质量分数
（4）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

 

（写表达式）．某同学认为：依据此实验测得的数据，计算合金中铁的质量分数可能会偏低，你认为可能的原因是

 

．
（5）经过大家的讨论，决定采用图2装置和其他常用实验仪器测定某些数据即可，为了快速和准确地计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是

 

（填写代号）．
①用排水法测定H₂的体积
②反应结束后，过滤、洗涤、干燥、称量残渣的质量
③测定反应前后装置和药品的总质量．

Answer 1

分析：由实验装置图1可知，装置A中浓硫酸和铁、碳在加热的条件下反应生成了二氧化碳和二氧化硫，装置B品红溶液是检验二氧化硫气体的，装置C足量的高锰酸钾溶液是除掉二氧化硫的，装置D是用于干燥二氧化碳气体，最后得到干燥的二氧化碳被实验装置E中足量的碱石灰吸收．
（2）在常温下Fe遇到浓硫酸溶液钝化，碳与浓硫酸不反应，二氧化硫气体可使品红溶液褪色，酸性KMnO₄溶液具有强氧化性，可以氧化二氧化硫；
（3）铁、碳、浓硫酸可以构成原电池，加快气体的逸出速率；
（4）E增重bg为生成的二氧化碳的质量，根据碳原子守恒可求得合金中碳的质量，然后计算铁的质量分数即可；装置E末端接触空气，碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；
（5）实验装置图2利用铁和稀硫酸反应生成氢气，碳与稀硫酸不反应，①通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，②称量残渣即为碳的质量③测定反应前后装置和药品的总质量，质量差即为生成氢气的质量，再通过通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，①②实验操作比③繁琐，选最简便的实验操作当然选③．

解答：解：（2）在常温下Fe遇到浓硫酸溶液钝化，碳与浓硫酸不反应，因此未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象；二氧化硫气体可使品红溶液褪色，酸性KMnO₄溶液具有强氧化性，可以氧化二氧化硫而除掉混合气体中的二氧化硫气体，装置D是用于除掉二氧化碳中混有的水蒸气，可选用浓硫酸干燥，
故答案为：常温下，Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；品红溶液褪色；除去二氧化硫气体；浓硫酸；
（3）在装置A中可构成许多铁-碳-浓硫酸微型原电池，加快了气体的逸出速率，
故答案为：铁碳在酸溶液中形成原电池；
（4）E增重bg为生成的二氧化碳的质量，根据碳原子守恒可知合金中碳的质量为：

12

44

bg=

3

11

bg，铁碳合金中铁的质量为：（m-

3

11

b）g，铁碳合金中铁的质量分数为：

m- 3 11 b

m

×100%；装置E末端接触空气，碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，使得装置E增重质量大于bg，
故答案为：

m- 3 11 b

m

×100%；空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大；
（5）实验装置图2利用铁和稀硫酸反应生成氢气，碳与稀硫酸不反应，①通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，②称量残渣即为碳的质量③测定反应前后装置和药品的总质量，质量差即为生成氢气的质量，再通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，因此①②③实验方案均可达到实验目的，但是①②实验操作比③繁琐，选最简便的实验操作是③，
故答案为：③．

点评：本题考查硫酸的性质，通过测定铁碳合金中铁的质量分数比较了浓硫酸和稀硫酸的性质，根据实验目的和原理分析实验装置图的作用是解题关键．