Question

19．为探究某铁碳合金与浓硫酸在加热条件下反应的部分产物并测定铁碳合金中铁元素的质量分数，某化学活动小组设计了如图所示的实验装置，并完成以下实验探究．

往圆底烧瓶中加入mg铁碳合金，并滴入过量浓硫酸，点燃酒精灯．
（1）装置B（装有品红溶液的洗气瓶）的作用是检验SO₂的存在．
（2）甲同学观察到装置C中有白色沉淀生成．他得出了使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳的结论．装置A中能产生二氧化碳的化学方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）乙同学认为甲同学的结论是错误的，他认为为了确认二氧化碳的存在，需在装置B～C之间添加装置M，装置E、F中盛放的试剂分别是酸性KMnO₄溶液或溴水、品红溶液．重新实验后观察到装置F中的现象是品红溶液不褪色或无明显现象．
（4）有些同学认为合金中铁元素的质量分数可用KMnO₄溶液来测定（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．测定铁元素质量分数的实验步骤如下；
Ⅰ．往烧瓶A中加入过量的还原剂铜粉使溶液中的Fe³⁺完全转化为Fe²⁺过滤，得到滤液B；
Ⅱ．将滤液B稀释为250mL；
Ⅲ．取稀释液25.00mL，用浓度为c mol•L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定实验所需KMnO₄溶液体积的平均值为VmL．
①步骤II中，将滤液B稀释为250mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还必须要用到的是250mL容量瓶．
②滴定过程中不需要（填“需要”或“不需要“）加入指示剂．
③铁碳合金中铁元素的质最分数为$\frac{2.8cV}{m}$×100%．

Answer 1

分析 （1）二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色；
（2）加热条件下，C和浓硫酸发生氧化还原反应生成CO₂、SO₂和H₂O，根据反应物、生成物和反应条件书写方程式；
（3）SO₂也能使澄清石灰水变浑浊，用澄清石灰水检验CO₂之前要除去SO₂，防止对CO₂造成干扰；
（4）①配制一定物质的量浓度的溶液还需要容量瓶；
②Fe²⁺和高锰酸钾发生氧化还原反应而使溶液褪色，高锰酸钾溶液有颜色、生成的锰离子无色，所以有明显的颜色变化，不需要指示剂；
③根据5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O中5Fe²⁺---MnO₄^-计算亚铁离子的物质的量，再根据Fe原子守恒计算Fe的质量，质量分数=$\frac{铁的总质量}{铁、碳总质量}$．

解答 解：（1）SO₂能和有色物质反应生成无色物质而具有漂白性，SO₂能使品红溶液褪色，所以B可以检验SO₂的存在，故答案为：检验SO₂的存在；
（2）加热条件下，C和浓硫酸发生氧化还原反应生成CO₂、SO₂和H₂O，反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）SO₂也能使澄清石灰水变浑浊，用澄清石灰水检验CO₂之前要除去SO₂，防止对CO₂造成干扰，所以在B-C之间增加装置酸性高锰酸钾溶液或溴水和品红溶液，酸性高锰酸钾或溴水是吸收二氧化硫、品红溶液是检验二氧化硫是否除尽，如果二氧化硫完全被吸收，则F中溶液不褪色或无明显现象，
故答案为：酸性KMnO₄溶液或溴水（或其他合理答案）；品红溶液；品红溶液不褪色或无明显现象；
（4）①配制该溶液还需要容量瓶250mL容量瓶，故答案为：250mL容量瓶；
②Fe²⁺和高锰酸钾发生氧化还原反应而使溶液褪色，高锰酸钾溶液有颜色、生成的锰离子无色，所以有明显的颜色变化，所以不需要未加指示剂，故答案为：不需要；
③设参加反应的亚铁离子的物质的量为x，
根据5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O中5Fe²⁺---MnO₄^-，
5Fe²⁺---MnO₄^-
5mol   1mol
x     0.001cVmol
5mol：1mol=x：0.001cVmol
x=$\frac{5mol×0.001cVmol}{1mol}$=0.005cVmol，
则250mL滤液中n（Fe²⁺）=0.005cVmol×10=0.05cVmol，
根据Fe原子守恒得n（Fe）=（Fe²⁺）=0.05cVmol，
m（Fe）=0.05cVmol×56g/mol=2.8cVg
Fe质量分数=$\frac{2.8cVg}{mg}$×100%，
故答案为：$\frac{2.8cVg}{mg}$×100%．

点评 本题以浓硫酸和Fe、C反应为载体考查性质实验方案设计，还涉及氧化还原反应、物质含量的测定、仪器的选择、实验基本操作等知识点，综合性较强，熟悉流程中各个装置发生的反应、实验目的，注意二氧化硫和二氧化碳检验顺序，为易错点，题目难度中等．