Question

16．化学兴趣小组同学为测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数．
Ⅰ．甲同学取一定质量的赤铁矿石粉末与过量的碳粉混合后，用如图所示装置以合理的操作步骤测定（杂质始终不变）
（1）实验中持续通入干燥的氮气．加热前缓缓通入氮气一段时间，其作用是排尽装置内的空气．
（2）停止加热前是否需要先断开a和b连接以防止倒吸？为什么？不需要，因为实验中持续通入氮气．
（3）如果氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同学用氢氧化钠溶液的质量变化测定得到的氧化铁的质量分数将偏小（选填“偏大”“偏小”“准确”），原因是有一氧化碳生成或氮气在加热排出时带走水蒸气或C+CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO或过量C与CO₂反应．
Ⅱ．乙同学取该赤铁矿石样品10g，加入足量稀盐酸，正好完全反应后共用去稀盐酸100g，过滤得到滤渣2g（杂质既不溶于水也不溶于酸）．请你计算赤铁矿石中氧化铁的质量分数和所用盐酸中溶质的质量分数．（写出计算过程）

Answer 1

分析 Ⅰ、（1）由于装置内空气中的氧气能与碳反应生成二氧化碳，据此分析通入氮气的作用；
（2）不需要，因为实验中要持续通入氮气，所以不会出现倒吸现象；
（3）根据反应会生成一氧化碳，气体会带走一部分水蒸气，从而造成氢氧化钠溶液质量的减少分析；
Ⅱ、氧化铁和盐酸可发生反应，所以剩余后的滤渣是样品中的杂质，从而可计算出矿石中氧化铁的质量分数；
氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，反应后溶液是氯化铁溶液，反应后溶液中溶质的质量分数的计算，可根据化学方程式求溶质的质量，溶液的质量可根据公式：“反应后溶液的质量=反应前加入的所有物质质量之和-杂质的质量-气体的质量-沉淀的质量”来求出，结合已知量和方程式进行计算即可

解答 解：Ⅰ、（1）加热前就通入一段时间氮气，是要提前排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）因整个过程都通氮气，所以不会出现倒吸现象；
（3）由于在高温条件下，碳与氧化铁也会生成一氧化碳，如果氢氧化钠溶液是足量的，对二氧化碳的吸收是完全的，而CO不与氢氧化钠溶液反应，排出时会带走部分溶液中的水蒸气，从而造成氢氧化钠溶液质量的减少，使测得CO₂质量偏小，导致氧化铁质量分数也偏小；
Ⅱ、氧化铁和盐酸可发生反应，所以剩余后的滤渣是样品中的杂质，赤铁矿石中氧化铁的质量分数为：$\frac{10g-2g}{10g}$×100%=80%；
氧化铁的质量是8g，设反应生成氯化铁的质量为x
Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O
160  219
8g     x
$\frac{160}{8g}=\frac{219}{x}$
 x=10.95g
  $\frac{10.95g}{100g}×100%$=10.95% 
答：赤铁矿石中氧化铁的质量分数为80%，反应后溶液中溶质的质量分数约为10.95%；
故答案为：
Ⅰ、（1）排尽装置内的空气  
（2）不需要，因为实验中持续通入氮气 
（3）偏小，有一氧化碳生成或氮气在加热排出时带走水蒸气 或C+CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO 或 过量C与CO₂反应
Ⅱ、80%；10.95%

点评 本题主要考查了实验设计的问题，有关实验方案的设计和对实验方案的评价是中考的热点之一，解答计算时要据物质的性质和方程式细心分析解答．