Question

（2012?信陽二模）某校化學興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設計了下圖所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略），請你參與此項活動并回答相應問題．
Ⅰ、探究濃硫酸的某些性質(zhì)
（1）按圖1的連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量E的質(zhì)量．
（2）將m g鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸．未點燃酒精燈前，A、B容器中均無明顯現(xiàn)象，其原因是：

常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應

．
（3）點燃酒精燈一段時間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象．寫出A中發(fā)生反應的化學方程式

2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O

、

C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

．
（4）反應一段時間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因溫度較高，反應放熱外，還可能的原因是

鐵、碳在酸溶液中形成原電池

．
Ⅱ、測定鐵的質(zhì)量分數(shù)
（5）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．則鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)為

11m-3b

11m

×100%

（用含m、b的表達式表示）．
（6）甲同學認為，依據(jù)此實驗測得的數(shù)據(jù)，計算合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)可能會偏低，原因是空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大．你認為改進的方法是

E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管

．
（7）乙同學認為，即使甲同學認為的偏差得到改進，依據(jù)此實測得合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)也可能會偏高．你認為其中的原因是

反應產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導致b偏低

．
（8）某同學認為上述方法較復雜，使用下圖所示的裝置和其他常用實驗儀器測定某些數(shù)據(jù)即可．為了快速準確的計算出鐵的質(zhì)量分數(shù)，最簡便的實驗操作是

C

（填寫代號）．
A．用排水法測定H₂的體積
B．反應結(jié)束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘渣的質(zhì)量
C．測定反應前后裝置和藥品的總質(zhì)量．

Answer 1

分析：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；
（3）鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強氧化性和鐵在加熱條件下反應生成硫酸鐵和二氧化硫水，碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳二氧化硫水，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（4）鐵碳在硫酸溶液中形成原電池能加快化學反應速率；
（5）根據(jù)mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，氣體通過濃硫酸干燥后通入干燥管E，E中所裝試劑為堿石灰，可吸收CO₂；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mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量進而求出鐵的質(zhì)量分數(shù)；
（6）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、水蒸氣進入干燥管；
（7）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收；
（8）因為鐵碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質(zhì)量的減少量即為氫氣的生成量．

解答：解：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應，故無明顯現(xiàn)象，
故答案為：常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；
（3）鐵碳合金樣品放入A中，再加入適量的濃硫酸加熱，濃硫酸具有強氧化性和鐵在加熱條件下反應生成硫酸鐵和二氧化硫水，反應的化學方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳二氧化硫水，反應的寫化學方程式為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（4）鐵碳在酸溶液中符合原電池的組成條件，形成原電池反應，原電池能加快化學反應速率，
故答案為：鐵、碳在酸溶液中形成原電池；
（5）稱取mg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mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量=

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，則含鐵的質(zhì)量為mg-

3b

11

g，鐵的質(zhì)量分數(shù)=

mg- 3b 11 g

m

×100%=

11m-3b

11m

×100%，
故答案為：

11m-3b

11m

×100%；
（6）E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，改進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入；
故答案為：E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管；
（7）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會導致測定結(jié)果偏低，
故答案為：反應產(chǎn)生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導致b偏低；
（8）因為鐵碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質(zhì)量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質(zhì)量可以通過釋放氫氣的質(zhì)量求出，進而計算鐵的質(zhì)量分數(shù)；測定反應前后裝置和藥品的總質(zhì)量是最簡便的實驗操作；用排水法測定H₂的體積增加實驗操作收集時易損耗氣體造成誤差；反應結(jié)束后，過濾、洗滌、稱量殘渣的質(zhì)量，需要過濾裝置、天平稱量等多部實驗操作，增加操作儀器和步驟會對實驗結(jié)果產(chǎn)生較多的誤差，所以只有C是最簡單的操作，
故選C．

點評：本題考查了物質(zhì)性質(zhì)的探究實驗方法，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關(guān)鍵，題目難度中等，試題綜合性強，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O計、操作能力．