Question

现有某铁碳合金，某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的还原产物，设计了如图所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略），请你参与此项活动并回答相应问题．

Ⅰ探究浓硫酸的某些性质
（1）该装置的链接顺序a

 

（2）点燃酒精灯一段时间后，A中可观察到明显的现象．写出A中发生反应的化学方程式

 

、

 

．
（3）反应一段时间后，从A中逸出气体的速率仍然较快，除因温度较高，反应放热外，还可能的原因是

 

．
Ⅱ测定铁的质量分数
（4）待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下C并称重．C增重b g．铁碳合金中铁的质量分数为

 

（写表达式）．
（5）某同学认为上述方法较复杂，而且测出的数值可能偏大，其原因

 

．

Answer 1

考点：相对分子质量的测定

专题：实验探究和数据处理题

分析：根据题干中的信息和实验装置图，结合实验现象和实验操作进行分析计算；明确实验的目的是测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质；
（1）铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫具有漂白性，应先检验二氧化硫，然后除去二氧化硫，干燥后，剩余二氧化碳被碱石灰吸收，通过碱石灰增重可求得二氧化碳的质量，进而知道铁碳合金中碳的质量，进而求出碳的质量分数，依次确定连接顺序；
（2）铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁和二氧化硫水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳二氧化硫水，依据书写化学方程式的原则写出；
（3）铁碳在硫酸溶液中形成原电池能加快化学反应速率；
（4）根据mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，气体通过浓硫酸干燥后通入干燥管C，C中所装试剂为碱石灰，可吸收CO₂；C增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则可求出mg铁碳合金中含碳元素的质量进而求出铁的质量分数，
（5）碱石灰增加的质量可以确定反应中产生的二氧化碳的质量，应该保证全部生成的二氧化碳都被碱石灰吸收，否则产生实验误差．

解答： 解：（1）铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫具有漂白性，应先检验二氧化硫，用品红溶液，然后用过量高锰酸钾除去二氧化硫，用浓硫酸干燥后，剩余二氧化碳被碱石灰吸收，故连接顺序为：a h i c b f g d；故答案为：h i c b f g d；
（2）铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸加热，浓硫酸具有强氧化性和铁在加热条件下反应生成硫酸铁、二氧化硫和水；碳和浓硫酸加热反应生成二氧化碳、二氧化硫和水，依据书写化学方程式的原则写出2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
故答案为：2Fe+6H₂SO₄（浓）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）铁碳在酸溶液中符合原电池的组成条件，形成原电池反应，原电池能加快化学反应速率，故答案为：铁、碳在酸溶液中形成原电池；
（4）称取mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，加热待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下C装置并称重，C增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则mg铁碳合金中含碳元素的质量=

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，则含铁的质量为mg-

3b

11

g，铁的质量分数=

m- 3b 11

m

×100%=

11m-3b

11m

×100%，

故答案为：

11m-3b

11m

×100%；
（5）反应产生的CO₂气体未能完全排到装置C中，则C增加的质量偏小，所以碳的质量会偏小，铁的质量分数会偏高，故答案为：反应产生的CO₂气体未能完全排到装置C中，则C增加的质量偏小，所以碳的质量会偏小，铁的质量分数会偏高．

点评：本题以硫酸的性质为载体考查，测定铁碳合金中铁的质量分数以及浓硫酸的性质及二氧化硫的还原性，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，根据实验目的和原理分析实验装置图的作用是解题关键，难度中等．