Question

某校化學(xué)興趣小組的同學(xué)準(zhǔn)備對某生鐵樣品中鐵的含量進(jìn)行探究．請你按要求幫助他們完成下列探究報告．
[提出問題]生鐵是純鐵嗎？若不是純鐵則該生鐵樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？
[查閱資料]（1）生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳等元素．
（2）碳在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳等存在形式較為復(fù)雜．
（3）含有硅、錳等元素的物質(zhì)通常都不與稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．
[制定方案]使生鐵樣品與過量的稀硫酸反應(yīng)，稱量反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差．
[實驗過程]
（1）取一只燒杯，稱得其質(zhì)量為70.4g，加入一定量生鐵樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質(zhì)量為102.4g；
（2）向盛有生鐵樣品的燒杯中加入稀硫酸，邊加邊攪拌，直到燒杯中不再產(chǎn)生氣泡，再加入稀硫酸以確保過量，測得共用去稀硫酸247.3g；
（3）靜置，稱量．稱得燒杯和剩余物質(zhì)的總質(zhì)量為348.7g．
[數(shù)據(jù)處理]通過對以上數(shù)據(jù)的分析和計算，該生鐵樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

%．
[交流討論]
（1）實驗稱量時稱量物應(yīng)放在托盤天平的

 

盤（選填“左”或“右”）．
（2）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是

 

．
（3）反應(yīng)過程中可看到有氣泡冒出，溶液由無色變?yōu)闇\綠色，由此得知反應(yīng)一定生成了氫氣和

 

（寫名稱）．
（4）經(jīng)質(zhì)檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.2%．對此有同學(xué)產(chǎn)生了疑問，請你幫他分析：

 

．
[實驗結(jié)論]經(jīng)過以上探究，同學(xué)們知道了生鐵不是純鐵，實際上它屬于鐵的重要

 

．

Answer 1

分析：[數(shù)據(jù)處理]生鐵樣品中單質(zhì)鐵與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，而其它成分不能與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，因此，反應(yīng)前后燒杯和剩余物質(zhì)的總質(zhì)量的差即為反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量；利用氫氣的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，可計算參加反應(yīng)鐵的質(zhì)量及生鐵樣品中鐵單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[交流討論]（1）稱量時，根據(jù)“左物右碼”的原則稱量物應(yīng)放在天平的左盤；
（2）只有生鐵中單質(zhì)鐵完全反應(yīng)時，由產(chǎn)生氫氣的質(zhì)量計算所得鐵的質(zhì)量才是正確的結(jié)果，因此，實驗中為確保單質(zhì)鐵完全反應(yīng)，需要加入過量的稀硫酸；
（3）含F(xiàn)e²⁺離子的溶液為淺綠色溶液，由生鐵放入硫酸后觀察到溶液由無色變?yōu)闇\綠色，可判斷溶液中含有硫酸亞鐵；
（4）樣品中鐵元素的總質(zhì)量包括單質(zhì)鐵的質(zhì)量和化合物Fe₃C中鐵元素的質(zhì)量；而生鐵樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量則不包括生鐵中化合物Fe₃C中的鐵元素；
[實驗結(jié)論]生鐵和鋼都是鐵的合金，生鐵為含碳2%～4.3%的鐵合金．

解答：解：[數(shù)據(jù)處理]反應(yīng)前后燒杯和剩余物質(zhì)的總質(zhì)量差即生成氫氣的質(zhì)量=102.4g+247.3g-348.7g=1g；
設(shè)參加反應(yīng)單質(zhì)鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56            2
x             1g

56

x

=

2

1g

  x=28g
生鐵樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

28g

102.4g-70.4g

×100%=87.5%
故答案為：87.5；
[交流討論]（1）使用天平稱量物品的質(zhì)量時，要遵循左物右碼的使用原則，因此稱量物應(yīng)放在天平的左盤；
故答案為：左；
（2）生鐵樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要使單質(zhì)與稀硫酸完全反應(yīng)，為確保鐵完全反應(yīng)可通過加入過量的稀硫酸進(jìn)行控制；
故答案為：確保生鐵樣品中鐵單質(zhì)與稀硫酸完全反應(yīng)；
（3）鐵與稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，生成硫酸亞鐵和氫氣，硫酸亞鐵溶液呈淺綠色；
故答案為：硫酸亞鐵；
（4）根據(jù)資料：碳在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；生鐵樣品中鐵元素質(zhì)量為單質(zhì)鐵的質(zhì)量與Fe₃C中鐵元素質(zhì)量之和；所以，該樣品中鐵元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.2%大于樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)87.5%；
故答案為：生鐵中的鐵元素除了以單質(zhì)形式存在還以Fe₃C形式存在，所以鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會小于鐵元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
[實驗結(jié)論]生鐵為含碳2%～4.3%的鐵合金，而非純次的單質(zhì)鐵；
故答案為：合金．

點評：由于生鐵中鐵元素以游離鐵和化合鐵兩種形態(tài)存在，因而出現(xiàn)了生鐵中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會小于鐵元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)．