Question

為了測定實驗室某生銹鐵片中鐵元素的質量分數，兩位同學分別設計了如下甲、乙兩個實驗方案．
方案甲：稱得生銹鐵片的質量為m₁g，按圖I所示裝置進行實驗．完全反應后，測得室溫下產生氫氣的體積為V₁L，查得其密度為p₁g/L．
方案乙：稱得生銹鐵片的質量為m₂g，先按圖II所示裝置進行實驗．充分反應后，停止加熱，繼續通入CO至室溫．將得到的鐵，按圖I所示裝置繼續進行實驗．完全反應后，測得室溫下產生氫氣的體積為V₂L，查得其密度為p₁g/L．

【查閱資料】假設鐵銹的雜質中不含鐵元素．
【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量

．
【設計實驗】方案乙中，同學們設計了如下實驗報告，請幫助完成．

試驗編號	實驗步驟	實驗現象	結論或化學方程式
①裝置II	通入CO加熱，完全反應后，停止加熱，繼續通入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	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學方程式為 Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

【實驗反思】按圖II所示裝置進行實驗，導管末端放一個燃著的酒精燈的目的是：

在E的導出管口處點燃導出的氣體

．
【實驗結論】生銹鐵片中鐵元素是質量分數是

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，由于方案甲中根據計算只能得出鐵片中金屬鐵的質量，無法計算出鐵的氧化物的質量，也就無法計算出鐵元素的總質量；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，然后根據生成的氫氣的質量就可求出參與反應的金屬鐵的質量即生銹鐵片中鐵元素的總質量．

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，由于方案甲中根據計算只能得出鐵片中金屬鐵的質量，而無法知道鐵的化合物的質量；
【設計實驗】①由于一氧化碳具有還原性，因此常用來冶煉金屬，當實驗結束時，要繼續通一氧化碳，主要是因為玻璃管冷卻會導致里面的壓強減小，從而試管內的水會倒吸到玻璃管內；
②由于鐵能夠和稀鹽酸反應生成氫氣，該反應的化學方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
【實驗反思】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行處理，故酒精燈的作用為在E的導出管口處點燃導出的氣體．
【實驗結論】根據質量守恒定律可知，和稀鹽酸反應的鐵的質量即為生銹鐵片中鐵元素的質量，
設生銹鐵片中鐵元素的質量為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量分數為

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量；
【設計實驗】

試驗編號	實驗步驟	實驗現象	結論或化學方程式
①裝置II	通入CO加熱，完全反應后，停止加熱，繼續通入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	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學方程式為 Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

【實驗反思】在E的導出管口處點燃導出的氣體．
【實驗結論】

2800ρ1v2

m2

%．

點評：本題難度較大，主要考查了鐵的冶煉、鐵的有關化學性質及質量守恒定律的應用，培養學生的分析問題、解決問題的能力．