题目内容

一化学兴趣小组对某生铁样品中铁的质量分数进行探究．该小组查阅资料知：生铁中除铁外，还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素．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．实验探究：
（1）取一只烧杯，称得其质量为72.4g，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．
回答：（保留小数点后1位小数）
（1）计算该生铁样品中单质铁的质量分数？
（2）经有关部门精确测定，该样品中Fe₃C的质量分数为2%．假设没有与硫酸反应的铁都以Fe₃C形式存在，则样品生铁中铁元素的质量分数为多少？

分析：（1）烧杯中前后减少的质量是氢气的质量，利用铁和硫酸反应的化学方程式，根据氢气的质量求出单质铁的质量，再根据

单质铁的质量

生铁样品的质量

×100%求出生铁样品中单质铁的质量分数．
（2）样品中的铁元素包括单质的铁与Fe₃C中的铁，依据（1）的结论及（2）的条件计算出铁元素的总质量，再利用铁元素的质量分数为：

铁元素的总质量

样品的质量

×100%求解即可．

解答：解：（1）生成H₂的质量：102.4 g+247.3 g-348.7 g=1.0 g，样品的质量是102.4g-72.4g=30g
设生铁样品中含铁的质量为x．
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56 2
x 1.0 g

56

2

=

x

1.0g

x=

56×1.0g

2

=28.0g
则铁的质量分数是

28g

102.4g-72.4g

×100%=93.3%
（2）样品中的铁元素包括单质的铁与Fe₃C中的铁，铁元素的总质量=28.0g+30g×2%×

3×56

3×56+12

=28.56g，
生铁中铁元素的质量分数为：

铁元素的总质量

样品的质量

=

28.56g

30g

×100%=95.2%
答：（1）该生铁样品中单质铁的质量分数是93.3%
（2）样品生铁中铁元素的质量分数为95.2%

点评：该题是对物质中某种元素或单质质量分数的考查，解题的关键是对反应前后质量变化的应用，属于一道基本计算综合题．

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猜想一：样品的成分只有氢氧化钠．
猜想二：样品中除了氢氧化钠外，还含有碳酸钠．
支持这种猜想的依据是

氢氧化钠能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠

氢氧化钠能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠

．
猜想三：该样品中除了氢氧化钠外，还含有氢氧化钙、碳酸钠和碳酸钙．
（1）验证猜想一：取少量固体样品放入水中，得到澄清溶液并滴入酚酞溶液，观察到溶液变红．由此得出的结论是猜想一正确．
（2）验证猜想二：请你帮助完成下列实验报告

实验步骤	实验现象	结论
①取少量固体样品溶于水中	溶液澄清
② 取①中少量溶液加入盐酸取①中少量溶液加入盐酸．	有气泡有气泡．	猜想二正确化学方程式为： Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑ Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑ ．

（1）该小组同学通过反思实验过程，认为猜想一是不正确的，理由是

碳酸钠溶液呈碱性，能使酚酞溶液变红

碳酸钠溶液呈碱性，能使酚酞溶液变红

．
（2）通过上述探究，他们认为提出的猜想三不可能存在．请你帮助分析理由：

氢氧化钙与碳酸钠不能共存；碳酸钙难溶于水，若含这种物质，就不会得到澄清溶液．

氢氧化钙与碳酸钠不能共存；碳酸钙难溶于水，若含这种物质，就不会得到澄清溶液．

某化学兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”的实验（见图Ⅰ）进行了大胆改进，设计了图Ⅱ（选用容积为45mL的18×180mm的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果，请你对比分析两个实验，回答下列有关问题：

（1）实验过程中，观察到红磷燃烧的现象是

发出黄光、放出热量、冒出大量的白烟

发出黄光、放出热量、冒出大量的白烟

；该反应的文字表达式是

五氧化二磷

五氧化二磷

；上述实验和拉瓦锡研究空气成分实验（将汞与空气封闭在一起加热，生成氧化汞）的化学反应都属于

反应（填基本反应类型）．
（2）图Ⅰ实验不仅可以说明氧气占空气的体积分数，还可以说明氮气具有的化学性质有

不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应

不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应

（只需写一点）．
（3）用图Ⅰ实验装置测定的结果是：集气瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的

，你认为导致这一结果的原因是

在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来

在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来

．（只需写一点）
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温．打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是

木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间

木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间

，若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应作何改进，才能保证实验成功？（只需答出实验方案中须改进的地方）

在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液

在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液

．
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤如下：
①点燃酒精灯；
②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；
③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；
④读取注射器活塞的数据．
你认为正确的实验操作顺序是

（填序号）；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约

mL处才停止；对照图Ⅱ实验，你认为图Ⅰ实验有何不足之处（回答一点即可）

图Ⅰ不如图Ⅱ严密

图Ⅰ不如图Ⅱ严密

．
（6）经过研究讨论后该兴趣小组又设计了如图Ⅲ的测定空气中氧气含量的改进装置．
主要操作是：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，再按图连好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．（已知白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷）
①白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是

先下降后上升

先下降后上升

；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为

mL．
②集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到哪些作用？

（填写序号）
a．加快集气瓶冷却 b．液封导气管末端以防气体逸出 c．缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

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（1）实验过程中，观察到红磷燃烧的现象是；该反应的文字表达式是；上述实验和拉瓦锡研究空气成分实验（将汞与空气封闭在一起加热，生成氧化汞）的化学反应都属于反应（填基本反应类型）．
（2）图Ⅰ实验不仅可以说明氧气占空气的体积分数，还可以说明氮气具有的化学性质有（只需写一点）．
（3）用图Ⅰ实验装置测定的结果是：集气瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的 $数学公式$ ，你认为导致这一结果的原因是．（只需写一点）
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温．打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是，若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应作何改进，才能保证实验成功？（只需答出实验方案中须改进的地方）．
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤如下：
①点燃酒精灯；
②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；
③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；
④读取注射器活塞的数据．
你认为正确的实验操作顺序是（填序号）；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约mL处才停止；对照图Ⅱ实验，你认为图Ⅰ实验有何不足之处（回答一点即可）．
（6）经过研究讨论后该兴趣小组又设计了如图Ⅲ的测定空气中氧气含量的改进装置．
主要操作是：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，再按图连好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．（已知白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷）
①白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为mL．
②集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到哪些作用？（填写序号）
a．加快集气瓶冷却　b．液封导气管末端以防气体逸出　c．缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

在化工生产中，原料往往不能被全部转化成产品．某化工厂用石灰石（杂质不溶于水，也不参加反应）、纯碱、水等原料来制烧碱溶液，再经过滤、蒸发等步骤制取固体烧碱．某化学兴趣小组对化工厂仓库中放置一段时间的固体烧碱样品的成分进行下列分析和探究．
猜想一：样品的成分只有氢氧化钠．
猜想二：样品中除了氢氧化钠外，还含有碳酸钠．
支持这种猜想的依据是______．
猜想三：该样品中除了氢氧化钠外，还含有氢氧化钙、碳酸钠和碳酸钙．
（1）验证猜想一：取少量固体样品放入水中，得到澄清溶液并滴入酚酞溶液，观察到溶液变红．由此得出的结论是猜想一正确．
（2）验证猜想二：请你帮助完成下列实验报告

实验步骤	实验现象	结论
①取少量固体样品溶于水中	溶液澄清
②______．	______．	猜想二正确化学方程式为：______．

（1）该小组同学通过反思实验过程，认为猜想一是不正确的，理由是______．
（2）通过上述探究，他们认为提出的猜想三不可能存在．请你帮助分析理由：______．

在化工生产中，原料往往不能被全部转化成产品。某化工厂用石灰石（杂质不溶于水，也不参加反应）、纯碱、水等原料来制烧碱溶液，再经过滤、蒸发等步骤制取固体烧碱。某化学兴趣小组对化工厂仓库中放置一段时间的固体烧碱样品的成分进行下列分析和探究。
【提出猜想】(1)猜想一：样品的成分只有氢氧化钠。
猜想二：样品中除了氢氧化钠外，还含有碳酸钠。支持这种猜想的依据是________。
猜想三：该样品中除了氢氧化钠外，还含有氢氧化钙、碳酸钠和碳酸钙。
【实验与结论】验证猜想一：取少量固体样品放入水中，得到澄清溶液并滴入酚酞溶液，观察到溶液变红。由此得出的结论是猜想一正确。
(2)验证猜想二：请你帮助完成下列实验报告

【反思与评价】(3)该小组同学通过反思实验过程，认为猜想一是不正确的，理由是____________。
(4)通过上述探究，他们认为提出的猜想三不可能存在。请你帮助分析理由：____________________。