Question

4．一化学兴趣小组对某生铁样品中铁的质量分数进行探究．请按要求完成下列探究报告．
[实验目的]
测定某生铁样品中单质铁的质量分数．
[资料支撑]
1生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素．
2碳在生铁中以两种形态存在，一种是游离碳（石墨），另一种是化合碳（如Fe₃C等）；硅、锰、磷、硫存在形式较为复杂；这些物质通常都不与稀硫酸发生化学反应．
[实验方案]
生铁样品与过量的稀硫酸反应，测定反应前后可称量物质的质量差．
[实验过程]
（1）取一只烧杯，称得其质量为70.4g，加入一定量生铁样品碎屑，称得烧杯和样品的总质量为102.4g；
（2）向盛有生铁样品的烧杯中加入稀硫酸，边加边搅拌，直到烧杯中不再产生气泡，再加入少量稀硫酸以确保过量，测得共用去稀硫酸247.3g；
（3）静置，称量．称得烧杯和剩余物质的总质量为348.7g．
[数据处理]
计算该生铁样品中单质铁的质量分数：
[交流讨论]
（1）实验称量时称量物应放在托盘天平的左盘（选填“左”或“右”）；
（2）实验过程中稀硫酸要过量的原因是确保生铁样品中铁单质与稀硫酸完全反应；
（3）经质检部门精确测定，该样品中铁元素的总含量为95.2%．假设没有与硫酸反应的铁都以Fe₃C形式存在，则样品中Fe₃C的质量分数为8.25%．

Answer 1

分析 烧杯中减少的质量是生成氢气的质量，根据铁与稀硫酸反应的化学方程式可以计算出样品中单质铁的质量．进而计算出样品中单质铁的质量分数．
由样品质量和样品中铁元素的质量分数，可以计算出样品中铁元素的总质量，去掉单质铁的质量，就是没有与稀硫酸反应的铁元素的质量，根据物质中某元素的质量分数的计算公式可以计算出样品中Fe₃C的质量，进而计算出样品中Fe₃C的质量分数．

解答 解：生成氢气的质量为102.4g+247.3g-348.7g=1g
设样品中单质铁的质量为x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x              1g
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{1g}$，x=28g
样品中单质铁的质量分数为$\frac{28g}{102.4g-70.4g}$×100%=87.5%
称量是物品放在天平的左盘，砝码放在天平的右盘．
（3）设样品质量为100g，则样品中铁元素的总质量为
100g×95.2%=95.2g．
铁单质的质量为100g×87.5%=87.5g
样品中Fe₃C的铁元素质量为95.2g-87.5g=7.7g
7.7g÷（$\frac{56×3}{180}$×100%）=8.25g
样品中Fe₃C的质量分数为$\frac{8.25g}{100g}$×100%=8.25%
答：生铁样品中单质铁的质量分数为87.5%
（1）左；（2）确保生铁样品中铁单质与稀硫酸完全反应；（3）8.25%．

点评 本题主要考查有关化学方程式的计算和化学式的计算，难度较大．