题目内容

【题目】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外混合气体的成分,又可通过测量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的反应中,做还原剂的物质时____(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 ______ 填字母序号;在本实验中的作用是 ______ 。

A 碱石灰 B 无水氯化钙 C 浓硫酸

(4)若能观察到 ______ 的现象,则证明原混合气体中一定含有。

(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 ______ 。

方案Ⅱ:称取粉末状样品,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,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 ______(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 ______ 。

【答案】C、Fe k l d c e f gh ji A 吸收二氧化碳 F装置中黑色粉末变红色,装置G中的白色粉末变蓝色 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 1.18% 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

【解析】

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,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,则混合气体主要是二氧化碳、二氧化硫、氢气、水蒸气,则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,因此为实现实验目的,上述仪器正确的连接顺序为:kl→dc→ef→ab→gh→ji→kl;

(3)根据上述分析可知装置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,生成氢气总物质的量,根据电子转移守恒,,故,,碳的质量,故该生铁样品中碳的质量分数,故答案为:;

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,因此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。

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