Question

為了測定實(shí)驗(yàn)室某生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下甲、乙兩個實(shí)驗(yàn)方案．
方案甲：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₁g，按圖I所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．完全反應(yīng)后，測得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₁L，查得其密度為p₁g/L．
方案乙：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₂g，先按圖II所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．充分反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)通入CO至室溫．將得到的鐵，按圖I所示裝置繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．完全反應(yīng)后，測得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₂L，查得其密度為p₁g/L．

【查閱資料】假設(shè)鐵銹的雜質(zhì)中不含鐵元素．
【評價交流】上述兩個方案中，可行的是方案

乙

（填“甲”或“乙”）；分析不可行方案，其缺陷是

不能測出生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量

．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】方案乙中，同學(xué)們設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)報(bào)告，請幫助完成．

試驗(yàn)編號	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論或化學(xué)方程式
①裝置II	通入CO加熱，完全反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)通入CO至室溫	生銹鐵片變成光亮的銀白色	CO具有 還原 性，化學(xué)方程式為 Fe2O3+3CO  高溫  .   2Fe+3CO2
②裝置I	將光亮鐵片放入稀鹽酸中，完全反應(yīng)	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學(xué)方程式為 Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

【實(shí)驗(yàn)反思】按圖II所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)管末端放一個燃著的酒精燈的目的是：

在E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出的氣體

．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】生銹鐵片中鐵元素是質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

2800ρ1v2

m2

%（用字母表示）．

Answer 1

分析：由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，由于方案甲中根據(jù)計(jì)算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，無法計(jì)算出鐵的氧化物的質(zhì)量，也就無法計(jì)算出鐵元素的總質(zhì)量；而乙首先利用還原劑把鐵的化合物中的鐵元素全部變成了金屬鐵，然后根據(jù)生成的氫氣的質(zhì)量就可求出參與反應(yīng)的金屬鐵的質(zhì)量即生銹鐵片中鐵元素的總質(zhì)量．

解答：解：【評價交流】由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，由于方案甲中根據(jù)計(jì)算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，而無法知道鐵的化合物的質(zhì)量；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】①由于一氧化碳具有還原性，因此常用來冶煉金屬，當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，要繼續(xù)通一氧化碳，主要是因?yàn)椴ＡЧ芾鋮s會導(dǎo)致里面的壓強(qiáng)減小，從而試管內(nèi)的水會倒吸到玻璃管內(nèi)；
②由于鐵能夠和稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
【實(shí)驗(yàn)反思】由于一氧化碳有毒，排放到空氣中會造成空氣污染，因此必須對該氣體進(jìn)行處理，故酒精燈的作用為在E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出的氣體．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，和稀鹽酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量即為生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量，
設(shè)生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量為x．
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56             2
x             ρ₂v₂

56

x

=

2

ρ1v2

x=28ρ₁v₂
則生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

28ρ1v2

m2

×100%=

2800ρ1v2

m2

%．
故答案為：【評價交流】乙；不能測出生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】

試驗(yàn)編號	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論或化學(xué)方程式
①裝置II	通入CO加熱，完全反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)通入CO至室溫	生銹鐵片變成光亮的銀白色	CO具有 還原性，化學(xué)方程式為 Fe2O3+3CO  高溫  .   2Fe+3CO2
②裝置I	將光亮鐵片放入稀鹽酸中，完全反應(yīng)	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學(xué)方程式為 Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

【實(shí)驗(yàn)反思】在E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出的氣體．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】

2800ρ1v2

m2

%．

點(diǎn)評：本題難度較大，主要考查了鐵的冶煉、鐵的有關(guān)化學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力．