题目内容

8．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，并探究浓硫酸的某些性质，设计了图1所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略）．

I．探究浓硫酸的某些性质
（1）按图示连接装置，检查装置的气密性，称量e的质量．
（2）将a g铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸，仪器A的名称为蒸馏烧瓶．未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应．
（3）点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象．写出A中发生反应的化学方程式2Fe+6H2SO4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O、C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O．B中的现象是品红溶液褪色．由此可得到浓硫酸具有强氧化性．
（4）随着反应的进行，A中还可能发生某些离子反应，写出相应的离子方程式：Fe+2H+=Fe2++H2↑、2Fe3++Fe=3Fe2+．
（5）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，还可能的原因是碳铁合金在酸溶液中形成原电池．
Ⅱ．测定铁的质量分数
（6）待A中固体完全消失并不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重b g．铁碳合金中铁的质量分数为1-$\frac{3b}{11a}$（写表达式）．
（7）某同学认为上述方法较复杂，使用图2所示的装置和其他常用的实验仪器测定某些数据即可．为了培寧和準寧地计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是C．（填标号）．
A．用排水法测定H2的体积
B．反应结束后，过滤、洙涤、干燥、称量残渣的质量
C．测定反应前后装置和药品的总质量．

分析 （2）仪器A为蒸馏烧瓶；常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（3）加热条件下，Fe、碳都与浓硫酸反应，碳与浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳与水；
二氧化硫具有漂白性，能使品红溶液褪色；
反应中体现浓硫酸的强氧化性；
（4）随反应进行浓硫酸变为稀硫酸，Fe足量时，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁与氢气，Fe与生成硫酸铁反应生成硫酸亚铁；
（5）碳铁合金形成原电池，原电池能加快化学反应速率；
（6）根据ag铁碳合金，加入过量浓硫酸，E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；
（7）实验装置图2利用铁和稀硫酸反应生成氢气，碳与稀硫酸不反应，A通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，B称量残渣即为碳的质量，C测定反应前后装置和药品的总质量，质量差即为生成氢气的质量，再通过通过产生氢气的量可计算出合金中铁的质量，AB实验操作比C繁琐，选最简便的实验操作当然选C．

解答 解：（2）仪器A为蒸馏烧瓶；常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应，没有二氧化硫生成，故A、B均无明显现象，
故答案为：蒸馏烧瓶；常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（3）加热条件下，Fe、碳都与浓硫酸反应，铁和浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：2Fe+6H2SO4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O，碳与浓硫酸反应生成二氧化硫、二氧化碳与水，反应方程式为：C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O；反应生成二氧化硫，二氧化硫具有漂白性，B装置中品红溶液褪色；
反应中体现浓硫酸的强氧化性；
故答案为：2Fe+6H2SO4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O、C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O；品红溶液褪色；强氧化；
（4）随着反应进行浓硫酸变稀后，Fe足量时，铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁与氢气，Fe与生成硫酸铁反应生成硫酸亚铁，所以离子方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑、2Fe3++Fe=3Fe2+，
故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑、2Fe3++Fe=3Fe2+；
（5）碳铁合金在酸溶液中形成原电池，原电池能加快化学反应速率，
故答案为：碳铁合金在酸溶液中形成原电池；
（6）称取ag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E装置并称重，E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为$\frac{bg}{44g/mol}$×12g/mol=$\frac{3b}{11}$g，则含铁的质量为ag-$\frac{3b}{11}$g，铁的质量分数为$\frac{ag-\frac{3b}{11}g}{ag}$=1-$\frac{3b}{11a}$，
故答案为：1-$\frac{3b}{11a}$；
（7）因为铁碳合金中的铁可以与稀硫酸反应生成氢气，瓶总质量的减少量即为氢气的生成量，而铁的质量可以通过释放氢气的质量求出，进而计算铁的质量分数；测定反应前后装置和药品的总质量是最简便的实验操作；用排水法测定H2的体积增加实验操作收集时易损耗气体造成误差；反应结束后，过滤、洗涤、称量残渣的质量，需要过滤装置、天平称量等多部实验操作，增加操作仪器和步骤会对实验结果产生较多的误差，所以只有C是最简单的操作，
故答案为：C．

点评 本题考查物质组成含量测定、浓硫酸的性质及实验，熟悉装置及装置中每部分的作用是解答本题的关键，题目难度中等．

练习册系列答案
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（1）半水煤气含有少量硫化氢．将半水煤气样品通入硝酸铅（或硫酸铜）溶液中（填写试剂名称），出现黑色沉淀，可以证明有硫化氢存在．
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若半水煤气中V（H2）：V（CO）：V（N2）=9：7：4，经CO变换后的气体中：V（H2）：V（N2）=4：1．
（3）碱液吸收法是脱除二氧化碳的方法之一．有一吸收了二氧化碳的氢氧化钠洛液，为测定其溶液组成，采用双指示剂法进行滴定．
步骤：用移液管量取V0mL的该溶液于锥形瓶中，先滴入1-2滴酚酞做指示剂，滴定达到终点时用去c mol．L-1的标准盐酸溶液VlmL，此时再向溶液中滴入1-2滴甲基橙做指示剂，达到滴定终点时又用去V2mL标准盐酸溶液．
第二次滴定达到终点时的现象是当最后一滴标准液滴入，溶液恰好由黄色变橙色，且半分钟不变色．
数据处理：通过Vl和V2的相对大小可以定性也可定量判断溶液的组成．
若V1＞V2，写出此时的溶质的化学式Na2CO3和NaOH．
若2V1=V2，写出此时溶液中离子浓度由大到小的顺序c（Na+）＞c（HCO3-）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（H+）．
讨论：若V1＜V2，在第一次滴定时未用标准盐酸润洗酸式滴定管，第二次滴定前发现并纠正了错误，则Na2CO3 （填化学式）浓度偏大．
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（2）对实验装置尚有如下A、B、C、D四种建议，你认为合理的是（填代号）D．
A．在E处增加CaCl2干燥管                       
B．在F处增加CaCl2干燥管
C．在E和F两处增加CaCl2干燥管              
D．不必增加干燥管
（3）将插入溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（图中的Ⅲ），有利于提高实验的准确度，其理由是可增大气体与溶液的接触面积，使气体中的CO2被充分吸收．
（4）实验时先缓缓吸气，再缓缓呼气，反复若干次，得如下数据：瓶Ⅰ溶液增重a g，收集到的气体体积（标准状况）为b L，该呼出气体中CO2的体积分数是（列出算式）：$\frac{\frac{ag}{44g/mol}×22.4L/mol}{bL+\frac{ag}{44g/mol}×22.4L/mol}$．
（5）实验中若猛吸猛呼，会造成不安全后果，猛吸时会把瓶1中的NaOH溶液吸入口中，猛呼时会把瓶II中的NaOH溶液吹出瓶外．
13．下列关于MgCO3的说法正确的是（　　）
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20．海水资源的综合利用十分重要，不需要通过化学变化就能够从海水中获得的物质是（　　）
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17．利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实．某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如图：

根据设计要求回答：
（1）反应开始后，C装置中的现象有黄绿色气体进入C，且颜色逐渐变浅，玻璃管内壁有油状液滴生成．
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（2）写结构简式：A．D．
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（4）写出反应类型：A→B加成反应．C→D氧化反应．
（5）写出G→H的化学反应方程式：．
（6）写出两种满足下列条件的E的同分异构体的结构简式：、．
①发生银镜反应②苯环上有2个取代基③属于不同类别的有机物．

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