题目内容

19．为了测定铁粉样品中铁的质量分数，某课外活动小组加热碳粉（过量）和氧化亚铁的混合物，如图装置，对获得铁粉（含炭）样品进行如下实验，（图中铁架台已略去）．实验中所用药品：样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等

①在G中加入样品标本W克，D中装入碱石灰后并称量m1克．E中加入浓硫酸，连接好仪器后，检查气密性．
②对A、B中加入试剂，打开A的活塞，慢慢滴加溶液．
③对G进行加热，当G中药品充分反应后，关闭A的活塞，停止加热．
④冷却后，称量D的质量为m2克．
（1）如何检查装置的气密性关闭分液漏斗的活塞，对锥形瓶微热，看E处有无气泡产生，若有则气密性良好．
（2）写出B中的化学方程式2H2O2$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑．
（3）写出铁的质量分数的表达式（用含W、m1、m2的代数式表示）$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%．
（4）问题和讨论
实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使G中反应完全D中吸收完全，也不会得出正确的结果．经讨论，有同学提出在B与G之间加热的装置可以是干燥管，其中盛放的药品是碱石灰．
（5）现有稀硫酸、浓硫酸、浓硝酸、蒸馏水．选择合适试剂，请再设计一种测定用一定质量的样品与稀硫酸反应生成氢气，根据氢气的量计算样品中铁的质量分数（不必描述操作过程的细节，主要分析原理）．

分析 根据实验装置图及提供的药品可知，实验中用二氧化锰作催化剂使双氧水分解产生氧气，在C处氧气将碳氧化成二氧化碳，同时也将铁氧化，在D处用碱石灰吸收产生的二氧化碳，根据D装置的质量的变化确定二氧化碳的质量，进而可知样品中碳元素的质量，为防止空气中的水进入装置，影响实验结果的测定，在D装置后面连一个装有浓硫酸的洗气瓶E，
（1）根据压强差产生不同现象判断装置的气密性；
（2）B中是双氧水在二氧化锰催化条件下生成氧气；
（3）根据上面的分析可知，实验中产生的二氧化碳的质量为m2-m1，所以样品中碳的质量为$\frac{12}{44}×$（m2-m1）=$\frac{3}{11}$×（m2-m1），则样品中铁的质量为W-$\frac{3}{11}$×（m2-m1），据此计算铁的质量分数；
（4）因为所得的氧气中含有水分，会影响实验的测定，所以氧气进入C装置前要进行干燥，据此答题；
（5）测定样品中铁的质量分数，也可以用铁与稀硫酸反应生成氢气，根据氢气的量计算样品中铁的质量分数；

解答 解：根据实验装置图及提供的药品可知，实验中用二氧化锰作催化剂使双氧水分解产生氧气，在C处氧气将碳氧化成二氧化碳，同时也将铁氧化，在D处用碱石灰吸收产生的二氧化碳，根据D装置的质量的变化确定二氧化碳的质量，进而可知样品中碳元素的质量，为防止空气中的水进入装置，影响实验结果的测定，在D装置后面连一个装有浓硫酸的洗气瓶E，
（1）根据压强差产生不同现象判断装置的气密性，其操作为：关闭分液漏斗的活塞，对锥形瓶微热，看E处有无气泡产生，若有则气密性良好，
故答案为：关闭分液漏斗的活塞，对锥形瓶微热，看E处有无气泡产生，若有则气密性良好；
（2）B中是双氧水在二氧化锰催化条件下生成氧气，反应方程式为 2H2O2$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑，
故答案为：2H2O2$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H2O+O2↑；
（3）根据上面的分析可知，实验中产生的二氧化碳的质量为m2-m1，所以样品中碳的质量为$\frac{12}{44}×$（m2-m1）=$\frac{3}{11}$×（m2-m1），则样品中铁的质量为W-$\frac{3}{11}$×（m2-m1），R所以铁的质量分数为$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%，
故答案为：$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%；
（4）因为所得的氧气中含有水分，会影响实验的测定，所以氧气进入C装置前要进行干燥，所以B与C之间加入的装置可以是干燥管，其中盛放的药品是碱石灰，
故答案为：干燥管；碱石灰；
（5）测定样品中铁的质量分数，也可以用一定质量的样品与稀硫酸反应生成氢气，根据氢气的量计算样品中铁的质量分数，
故答案为：用一定质量的样品与稀硫酸反应生成氢气，根据氢气的量计算样品中铁的质量分数；

点评 本题从铁、碳与氧气反应探究铁粉中铁的质量分数，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．

练习册系列答案
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1．在一体积为1L的密闭容器中，通入一定量的CO和H2O，在T1℃时发生如下反应：CO （g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜O，CO和H2O浓度变化如图，则
（1）0～4min CO的平均反应速率v（CO）=0.03mol/（L．min）．
（2）达平衡时CO的转化率为60%，T1℃时该反应的平衡常数K=1．
（3）T2℃（高于T1℃）时，在相同容器中发生上述反应，容器内各物质的浓度变化如下表：
时间（min）COH2OCO2H2
00.2000.30000
20.1380.2380.0620.062
3C1C2C3C3
4C1C2C3C3
50.1160.2160.084C4
①表中3～4min时，反应v正=v逆（填“＞”、“＜”或“=”）； C1＞0.08mol/L（填“＞”、“＜”或“=”）．
②4～5min时，平衡向逆反应方向移动，可能的原因是d（填字母）．
a．增加水蒸气         b．降低温度
c．增大了CO2浓度    d．增加了氢气浓度．
2．一定量的铜与50mL18mol•L-1浓硫酸在解热时反应，生成二氧化硫气体的体积为2.24L（标准状况）．
（1）铜与浓硫酸在加热条件下反应的化学方程式为Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O，反应后生成硫酸铜的物质的量为0.1mol．
（2）将剩余溶液稀释至500mL，此时溶液中SO42-的物质的量浓度是1.6mol/L．
7．某烃的结构简式为，分子中含有四面体结构的碳原子（即饱和碳原子）数为x，在同一直线上的碳原子数为y一定在同一平面上的碳原子数为z，则x、y、z分别为（　　）
A．5，6，4B．5，3，6C．5，4，8D．5，3，5
14．某研究性学习小组讨论甲、乙、丙、丁四种仪器装置的有关用法，其中不合理的是（　　）
A．
甲装置：可用来证明碳酸的酸性比硅酸强
B．
乙装置：可用来检验二氧化硫气体
C．
丙装置：用图示的方法不能检查此装置的气密性
D．
丁装置：先从①口进气集满二氧化碳，再从②口进气，可收集氢气
4．常温下，有下列四种溶液，下列说法正确的是（　　）
①②③④
0.1mol•L-1
NaOH溶液		pH=11NaOH溶液0.1mo•L-1
CH3COOH
溶液		pH=3
CH3COOH
溶液
A．②与④混合，若溶液显酸性，则所得溶液中离子浓度可能为：c（CH3COO-）＞c（H+）＞c（Na+）＞c（OH-）
B．由水电离出的c（OH-）：①＞③
C．③稀释到原来的100倍后，pH与④相同
D．①与③混合，若溶液pH=7，则V（NaOH）＞V（CH3COOH）
11．已知：①N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H1=+180kJ•mol-1
②N2（g）+3H2 （g）?2NH3 （g）△H2=-92.4kJ•mol-1
③2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H3=-483.6kJ•mol-1
下列说法正确的是（　　）
A．
反应②中的能量变化如图所示，则△H2=E1-E3
B．N2的燃烧热为180kJ•mol-1
C．由反应②知在温度一定的条件下，在一恒容密闭容器中通入1 mol N2和 3 mol H2，反应后放出的热量为Q1 kJ，若通入2 mol N2和 6 mol H2反应后放出的热量为Q2 kJ，则184.8＞Q2＞2Q1
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8．下列各组物质分类正确的是（　　）
  酸   碱  盐 氧化物
   AH2SO4  Na2CO3  NaCl CO2
   BHCl  NaOH  NaHCO3 CaO
   CCO2  NH3•H2ONa2CO3 CuO
   DCH3COOH  KOH  KCl KClO3
A．AB．BC．CD．D
9．下列有机物命名正确的是（　　）
A． 乙基苯B．   1-甲基乙醇
C．2-甲基-1-丁炔D．2，3，3-三甲基丁烷

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