Question

6．现有ag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，设计了如图1所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略），请回答相应问题．

（1）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．
（2）点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象．写出碳与浓硫酸加热反应的化学方程式C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）待A中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$\frac{11a-3b}{11a}$×100%（写表达式）．能用该方法测定的实验现象是C中紫色未褪尽．
（4）某同学认为上述方法较复杂，使用图2所示的装置和其它常用实验仪器测定某些数据即可．为了快速和准确的计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是C（填写代号）．
A． 用排水法测定H₂的体积
B． 反应结束后，过滤、洗涤、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．

Answer 1

分析 （1）常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（2）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；
（3）根据mg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，能用该方法测定的实验现象是C中高锰酸钾溶液紫色未褪去证明被完全吸收；
（4）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．

解答 解：（1）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：常温下Fe在浓硫酸中钝化，碳不与浓硫酸反应；
（2）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，反应方程式为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）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$\frac{ag-\frac{3b}{11}g}{ag}$×100%=（1-$\frac{3b}{11a}$）×100%=$\frac{11a-3b}{11a}$×100%，能用该方法测定的前提是二氧化硫完全被BC吸收，所以实验现象是C中紫色未褪尽，即说明二氧化硫已完全被吸收，
故答案为：$\frac{11a-3b}{11a}$×100%；C中紫色未褪尽；
（4）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．