题目内容

12．某化学兴趣小组欲测量碳铁合金的含碳量，提出了如下三种实验方案．
方案Ⅰ：含碳铁合金粉末与浓硫酸在一定条件下反应，用下列装置（加持装置省略）既可检验产物中除CO2外混合气体的成分，又可通过测量CO2的质量来计算合金的含碳量．

（1）合金与浓硫酸在一定条件下生成SO2的反应中，做还原剂的物质时C、Fe．（填化学式）
（2）为实现实验目的，上述仪器正确的连接顺序（按气流方向）为：混合气体→（　　）（　　）→（　　）（　　）→（　　）（　　）→（a）（b）→（　　）（　　）→（　　）（　　）→（k）（l）．
（3）装置E中所装药品为A（填字母序号）；在本实验中的作用是吸收二氧化碳．
A、碱石灰   B、无水氯化钙   C、浓硫酸
（4）若能观察到F装置中黑色粉末变红色，装置G中的白色粉末变蓝色的现象，则证明原混合气体中一定含有H2．
（5）实验后最终测量的含碳量偏低．某同学猜测混合气体中有可能含有CO，在G后增加一个装置即可验证他的猜测．请简要说明验证这个猜测所需装置及药品和具体实验现象G装置后加一个装有澄清石灰水的洗气瓶，澄清石灰水变浑浊说明混合气体中有CO，澄清石灰水不变浑浊说明混合气体中不含有CO．
方案Ⅱ：称取粉末状样品8.5g，加入某浓度的稀硫酸100mL，充分反应后，收集到标准状况下气体2.24L，然后继续往样品中加入同浓度的稀硫酸100mL，充分反应后又收集到标准状况下气体1.12L．则合金中碳的质量分数为1.18%．（保留三位有效数字）
方案Ⅲ：利用灼烧法使合金中的碳转化为二氧化碳，合金质量会减轻从而计算含碳量，但是他们将一定量的样品灼烧后，发现质量反而增加了，其原因是灼烧时铁和氧气反应生成铁的氧化物而使剩余固体质量增加，碳与氧气反应放出的二氧化碳而使固体质量减小，但合金中含铁多碳少．

分析 方案Ⅰ、（1）合金是含碳铁合金，在浓硫酸中碳和铁都可以在加热条件下发生反应，被浓硫酸氧化；
（2）含碳铁合金粉末与浓硫酸在一定条件下反应生成产物有二氧化硫、二氧化碳、水蒸气，随反应进行浓硫酸变稀后，铁和稀硫酸反应生成氢气，则混合气体充分主要是二氧化碳、二氧化硫、氢气、水蒸气，用下列装置（加持装置省略）检验产物中除CO2外混合气体的成分是二氧化硫、氢气、水蒸气，通过测量CO2的质量来计算合金的含碳量，依据实验需求设计连接装置，应把得到的混合气体先通过装置G检验生成的水蒸气，通过装置B检验二氧化硫的存在，通过装置C除去二氧化硫，通过装置A除去气体中的水蒸气，通过装置E吸收气体中二氧化碳，称量质量变化计算生成的二氧化碳气体，再通过装置F和G检验是否有氢气生成；
（3）上述分析可知装置E中所装药品吸收二氧化碳气体，用于称量吸收前后质量变化计算二氧化碳质量；
（4）若证明含有氢气，可以利用装置F中氧化铜被氢气还原为红色铜，装置G中无水硫酸铜变蓝色证明是氢气还原氧化铜生成了水蒸气；
（5）验证混合气体中是否可能含有CO，利用F一氧化碳含有氧化铜，生成二氧化碳，在G装置后连接装有澄清石灰水的洗气瓶就行检验，若变浑浊证明有一氧化碳，否则不含有；
方案Ⅱ、Fe完全反应生成氢气体积2.24L+1.12L=3.36L，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算生成氢气的物质的量，根据电子转移守恒计算n（Fe），再根据m=nM计算m（Fe），进而计算碳的质量分数．
方案Ⅲ、在燃烧碳的同时铁也会和氧气反应，根据碳、铁与氧气反应关系可以得出消耗的碳的质量与铁消耗的氧气的质量相比要小，以此解答该题．

解答 解：方案Ⅰ、（1）合金是含碳铁合金，在浓硫酸中碳和铁都可以在加热条件下发生反应，被浓硫酸氧化，碳做还原剂被氧化为二氧化碳，铁做还原剂被氧化为铁盐；
故答案为：C、Fe；
（2）含碳铁合金粉末与浓硫酸在一定条件下反应生成产物有二氧化硫、二氧化碳、水蒸气，随反应进行浓硫酸变稀后，铁和稀硫酸反应生成氢气，则混合气体充分主要是二氧化碳、二氧化硫、氢气、水蒸气，用下列装置（加持装置省略）检验产物中除CO2外混合气体的成分是二氧化硫、氢气、水蒸气，通过测量CO2的质量来计算合金的含碳量，依据实验需求设计连接装置，应把得到的混合气体先通过装置G检验生成的水蒸气，硫酸铜变蓝证明水生成，通过装置B中品红褪色检验二氧化硫的存在，通过装置C中高锰酸钾溶液除去二氧化硫，减少后续实验影响，通过装置A中浓硫酸除去气体中的水蒸气，通过装置E中碱石灰吸收气体中二氧化碳，称量质量变化计算生成的二氧化碳气体，再通过装置F和G检验是否有氢气生成；，装置为实现实验目的，上述仪器正确的连接顺序为：kl dc ef ab gh ji kl；
故答案为：kl dc ef  gh ji；
（3）上述分析可知装置E中所装药品碱石灰吸收二氧化碳气体，用于称量吸收前后质量变化计算二氧化碳质量，故答案为：A；吸收二氧化碳；
（4）若证明含有氢气，可以利用装置F中氧化铜被氢气还原为红色铜，装置G中无水硫酸铜变蓝色是生成水，证明是氢气还原氧化铜生成的水蒸气；
故答案为：F装置中黑色粉末变红色，装置G中的白色粉末变蓝色；
（5）验证混合气体中是否可能含有CO，利用F装置中，一氧化碳还原氧化铜生成二氧化碳，在G装置后连接装有澄清石灰水的洗气瓶就行检验，若变浑浊证明有一氧化碳，否则不含有；
故答案为：G装置后加一个装有澄清石灰水的洗气瓶，澄清石灰水变浑浊说明混合气体中有CO，澄清石灰水不变浑浊说明混合气体中不含有CO；
方案Ⅱ、Fe完全反应生成氢气体积2.24L+1.12L=3.36L，生成氢气总物质的量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根据电子转移守恒，2n（Fe）=0.15mol×2，故n（Fe）=0.15mol，m（Fe）=0.15mol×56g/mol=8.4g，碳的质量=8.5g-8.4g=0.1g，故该生铁样品中碳的质量分数=$\frac{0.1g}{8.5g/mol}$×100%=1.18%，
故答案为：1.18%；
方案Ⅲ、灼烧时，铁与氧气反应生成铁的氧化物而使剩余固体质量增加，碳与氧气反应放出二氧化碳而使剩余固体质量减少，但合金中含有较多的铁而只含少量的碳，将一定量的样品灼烧后，发现质量反而增加了；
故答案为：灼烧时铁和氧气反应生成铁的氧化物而使剩余固体质量增加，碳与氧气反应放出的二氧化碳而使固体质量减小，但合金中含铁多碳少．

点评 本题考查了实验探究物质组成和反应产物的实验检验方法和实验设计，注意装置试剂的作用和装置连接，考查学生的分析问题解决问题的能力，掌握基础是关键，题目难度中等．

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④NO2SO2BaCl2
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A．②④B．①②④⑤C．①③④⑤D．①②③④
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正极反应：6O2+24H++24e-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$12H2O    负极反应：C6H12O6+6H2O-24e-$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$6CO2↑+24H+    则有关该电池的下列说法正确的是（　　）
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  Z
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（2）
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