Question

（20分）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，设计了下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)按图示的连接装置，检查装置的气密性，称量E的质量;
(2)将m g铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸;
(3)点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象:
写出A中发生反应的化学方程式___________________________________________(任写一个); B中的现象是________________________________________，由此可得到浓硫酸具有____________性;C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是________________________;
D中盛放的试剂是_______________。
(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：
___________________________________(任写一个)。
Ⅱ.测定铁的质量分数
(5)待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重b g，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_____________________________________________________________________;
(6)经过大家的讨论，决定采用下列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

⑶2Fe＋6H₂SO₄（浓）Fe₂(SO₄)₃＋3SO₂↑＋6H₂O（或C＋2H₂SO₄（浓）CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O）(2分); 品红溶液逐渐褪色(2分); 强氧化(2分); 除去CO₂中混有的SO₂(2分)；浓硫酸(2分);　
⑷2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋（或Fe＋2H^＋=Fe^2＋＋H₂↑，SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺）(2分);
⑸（或(3分)）; 空气中CO₂、H₂O进入E管使b增大(2分)
⑹③(3分)

试题分析：（3）浓硫酸具有强氧化性，能和铁或碳在加热的条件下反应，反应的化学方程式是2Fe＋6H₂SO₄（浓）Fe₂(SO₄)₃＋3SO₂↑＋6H₂O、C＋2H₂SO₄（浓）CO₂↑＋2SO₂↑＋2H₂O。SO₂具有漂白性，能使品红溶液褪色，所以B中的实验现象是品红溶液逐渐褪色，这说明浓硫酸被还原生成了SO₂，因此说明浓硫酸具有强氧化性。由于SO₂也是一种酸性氧化物，能干扰CO₂的检验，所以酸性高锰酸钾溶液的作用是除去CO₂中混有的SO₂。由于碱石灰也能吸收水蒸气，所以D装置的作用是干燥CO₂气体，所以盛放的试剂是浓硫酸。
（4）由于随着反应的进行，稀硫酸的浓度会逐渐降低，所以有可能生成氢气。另外如果铁过量，则氯化铁还可能氧化剩余的单质铁，同时也可能氧化生成的SO₂气体，因此可能的离子方程式是2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋（或Fe＋2H^＋=Fe^2＋＋H₂↑，SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺）。
（5）E装置增加的质量就是CO₂的质量，所以根据碳原子守恒可知，碳的质量是，则则铁碳合金中铁的质量分数。由于空气中含有水蒸气和CO₂，也会加入E装置中，导致b偏大，所以测定结果偏低。
（6）由于气体的体积测量往往受温度和压强的影响，不易测量，①不正确，②态复杂。在反应中碳和稀硫酸不反应，只有铁和稀硫酸反应生成氢气和硫酸亚铁，所以可以根据质量守恒定律，常用实验③。
点评：化学是一门以实验为基础的学科，所以有化学实验即科学探究之说法。这些探究性和制备性实验的试题，综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论。探究性实验的一般思路是：1.准确地把握实验目的；2.利用已学知识，分析如何实现这个目的-－实验原理；3.结合实验材料，初步确定设计对策－－实验方案。