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14.生铁中除铁外,还含有其他元素,如碳元素和硫元素.其中碳主要以碳化铁的形态存在,它使生铁性能坚硬而脆,所以生铁的用途不大,一般用做炼钢的原料.某兴趣小组设计按下图所示的实验装置,测定生铁中的含碳量.

请回答下列问题:
(1)硫在生铁中是有害元素,它使生铁产生热脆性.硫元素在生铁中最有可能存在的价态是A
A、-2       B、0        C、+4        D、+6
(2)D中发生反应的离子方程式:H2O2+SO2=2H++SO42-;若无此装置,所测定的含碳量将偏高(填“偏高”、“偏低”或“不影响”)
(3)写出烧杯E中的实验现象:有白色沉淀生成,发生反应的离子方程式:CO2+Ba2++2OH-=BaCO3↓+H2O;
(4)待C管的样品充分反应后,测得E中生成的沉淀为bg,请计算出生铁中的含碳量为$\frac{12b}{197a}$×100%;
(5)反应完成后,欲验证生铁含有硫元素,你所设计的实验方案是(写出实验步骤、现象)取少量D瓶溶液于试管中,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明生铁中含有硫元素;
(6)实验过程中,该兴趣小组应注意的安全问题是浓硫酸有腐蚀性,使用时要小心或加热时要使二通管均匀受热等.(任写一种)

分析 (1)铁的化合价一定为正价,而碳的非金属小于硫的非金属性,因此S一定显示负价;
(2)装置A中过氧化氢在二氧化锰为催化剂的条件下生成氧气,通过浓硫酸干燥后,将装置C中的碳元素氧化为二氧化碳、硫元素氧化为二氧化硫,两种气体通过过氧化氢溶液后,二氧化硫被氧化并吸收,二氧化碳通过E装置生成碳酸钡沉淀,如果没有双氧水的氧化,二氧化硫也会与氢氧化钡反应生成沉淀,使碳的百分含量偏高;
(3)二氧化碳通过E装置生成碳酸钡沉淀;
(4)若E中沉淀的质量为bg,是碳酸钡的质量,根据碳元素守恒可知碳酸钡的物质的量与二氧化碳的物质的量相等,据此计算生铁中碳的质量,计算生铁中碳的质量分数;
(5)检验装置D的溶液中是否含有硫酸根即可验证生铁是否含有硫元素,方法是:取少量D瓶溶液于试管中,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明生铁中含有硫元素;
(6)实验过程中应注意的安全问题有:浓硫酸有腐蚀性,使用时要小心;加热时要使二通管均匀受热等.

解答 解:(1)铁的化合价一定为正价,而碳的非金属小于硫的非金属性,因此S一定显示负价,故选A,
故答案为:A;
(2)如果没有双氧水的氧化,二氧化硫也会与氢氧化钡反应生成沉淀,使碳的百分含量偏高,故D中30% 双氧水的作用是吸收SO2气体,反应的离子方程式为:H2O2+SO2=2H++SO42-,
故答案为:H2O2+SO2=2H++SO42-,偏高;
(3)二氧化碳与氢氧化钡反应生成碳酸钡与水,反应离子方程式为CO2+Ba2++2OH-=BaCO3↓+H2O,反应现象为生成白色沉淀,
故答案为:有白色沉淀生成;CO2+Ba2++2OH-=BaCO3↓+H2O;
(4)若E中得到bg碳酸钡,根据碳元素守恒可知碳酸钡的物质的量与二氧化碳的物质的量相等,故生铁中碳的质量为$\frac{bg}{197g/mol}$×12g/mol=$\frac{12b}{197}$g,生铁中碳的质量分数为$\frac{\frac{12b}{197}g}{ag}$×100%=$\frac{12b}{197a}$×100%,
故答案为:$\frac{12b}{197a}$×100%;
(5)取少量D瓶溶液于试管中,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明生铁中含有硫元素.
故答案为:取少量D瓶溶液于试管中,滴加盐酸酸化的BaCl2溶液,若出现白色沉淀,说明生铁中含有硫元素;
(6)实验过程中应注意的安全问题有:浓硫酸有腐蚀性,使用时要小心;加热时要使二通管均匀受热等,
故答案为:浓硫酸有腐蚀性,使用时要小心或加热时要使二通管均匀受热等.

点评 本题考查对实验方案设计与装置的理解、实验基本操作、化学计算等,难度中等,理解实验原理是解题的关键,是对知识的综合运用,需要学生具备扎实的基础知识与运用知识分析问题、解决问题的能力.二氧化硫和二氧化碳均属于酸性氧化物,其性质相似,因此高考中对于这两种气体的鉴别考查的比较多,而本题则巧妙的应用了这一考点,并结合生铁的性质加以考查.

练习册系列答案
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2.氮化铝(AlN)是一种新型无机非金属材料,其制取原理为:
Al2O3+3C+N2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2AlN+3CO.在制取氮化铝时由于反应不完全,产品中有氧化铝和碳.
为了分析某AlN样品的组成,某实验小组进行了如下探究.
【实验1】测定样品中氮元素的质量分数.
取一定量的样品,用以下装置测定样品中AlN的纯度(夹持装置已略去).

已知:AlN+NaOH+H2O=NaAlO2+NH3↑
(1)如图C装置中球形干燥管的作用是防倒吸.
(2)完成以下实验步骤:组装好实验装置,首先检查装置气密性,再加入实验药品.然后关闭K1,打开K2;把装置中残留的氨气全部赶入C装置,
打开分液漏斗活塞,加入NaOH浓溶液,至不再产生气体.打开K1,缓缓通入氮气一段时间,测定C装置反应前后的质量变化.通入氮气的目的是把装置中残留的氨气全部赶入C装置.
(3)若去掉装置B,则导致测定结果偏高(填“偏高”、“偏低”或“无影响”).由于上述装置还存在缺陷,导致测定结果偏高,请提出改进意见C装置出口处连接一个干燥装置.
【实验2】按以下步骤测定样品中铝元素的质量分数.

(4)步骤②生成沉淀的离子方程式为CO2+AlO2-+2H2O=HCO3-+Al(OH)3↓.
(5)操作③需要的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒及烧杯.
(6)A1元素的质量分数为$\frac{{9{m_2}}}{{17{m_1}}}×100%$(用m1、m2表示).
【实验3】测定样品中碳元素的质量分数.
称取10.00g样品置于反应器中,通往2.24LO2,在高温下充分反应后得到3.36L气体(AlN不跟O2反应),测得其密度为1.61g•L-1(体积及密度均已换算成标准状况).
(7)计算该样品中碳元素的质量分数16%.

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