Question

13．現(xiàn)有某鐵碳合金（鐵和碳兩種單質(zhì)的混合物），某化學(xué)興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計了如圖所示的實驗裝置（夾持儀器已省略）和實驗方案進(jìn)行實驗探究．

（1）A中鐵與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，反應(yīng)中濃硫酸表現(xiàn)出的性質(zhì)是酸性和氧化性．
（2）檢查上述裝置氣密性的一種方法是：關(guān)閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導(dǎo)管，然后把導(dǎo)管放入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后導(dǎo)管，產(chǎn)生一段水柱，則證明裝置的氣密性良好．
（3）裝置C的作用除去CO₂中的SO₂．
（4）稱量E的質(zhì)量，并將a g鐵碳合金樣品放入裝置A中，再加入足量的濃硫酸，待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重b g．鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{11a-3b}{11a}$×100%（寫表達(dá)式）．
（5）甲同學(xué)認(rèn)為，依據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，計算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏低，原因是空氣中CO₂、H₂O進(jìn)入E管使b增大．你認(rèn)為改進(jìn)的方法是E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管．
（6）乙同學(xué)認(rèn)為，即使甲同學(xué)認(rèn)為的偏差得到改進(jìn)，依據(jù)此實驗測得合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)還會偏高．你認(rèn)為其中的原因是反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導(dǎo)致b偏低．

Answer 1

分析 （1）鐵和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，根據(jù)硫的化合價的變化情況判斷硫酸的作用；
（2）依據(jù)裝置中的壓強(qiáng)變化恒容液面變化分析檢驗，最后導(dǎo)氣管插入水，加熱發(fā)生裝置導(dǎo)氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強(qiáng)氧化性吸收二氧化硫；
（4）根據(jù)ag鐵碳合金，加入過量濃硫酸，E增重bg，則生成二氧化碳的質(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則可求出ag鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量進(jìn)而求出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入干燥管；
（6）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收．

解答 解：（1）鐵和濃硫酸加熱反應(yīng)生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，在該反應(yīng)中部分硫元素從+6價降為+4價，同時生成硫酸鐵，所以硫酸表現(xiàn)出的性質(zhì)是酸性和氧化性；
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；酸性和氧化性；
（2）關(guān)閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導(dǎo)管，然后把最后導(dǎo)氣管插入水，加熱發(fā)生裝置導(dǎo)氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱證明裝置氣密性好；
故答案為：把導(dǎo)管放入盛有水的水槽中，微熱燒瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，停止加熱后導(dǎo)管，產(chǎn)生一段水柱；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強(qiáng)氧化性吸收二氧化硫，5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄ ；
故答案為：除去CO₂中的SO₂；
（4）稱取ag鐵碳合金，加入過量濃硫酸，加熱待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E裝置并稱重，E增重bg，則生成二氧化碳的質(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則ag鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量為$\frac{12b}{44}$=$\frac{3b}{11}$g，則含鐵的質(zhì)量為ag-$\frac{3b}{11}$g，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{11a-3b}{11a}$×100%；
故答案為：$\frac{11a-3b}{11a}$×100%；
（5）E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，改進(jìn)的方法是增加一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入；
故答案為：E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管；
（6）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會導(dǎo)致測定結(jié)果偏低，
故答案為：反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導(dǎo)致b偏低．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應(yīng)和試劑作用是解題關(guān)鍵，題目難度中等．