Question

【題目】碳素鋼是近代工業中使用最早、用量最大的金屬材料。世界各工業國家在努力增加低合金高強度鋼和合金鋼產量的同時，也非常注意改進碳素鋼質量，擴大品種和使用范圍。

Ⅰ低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，則低碳鋼中Fe3C的質量分數應該低于______。

Ⅱ某興趣小組同學為探究碳素鋼與濃硫酸的反應，進行了以下探究實驗。

(1)稱取一定質量碳素鋼樣品放入一定體積濃硫酸中，加熱使碳素鋼完全溶解，得到溶液M并收集到混合氣體W。

①甲同學認為M中除Fe3+之外還可能含有Fe2+，若要確認其中的Fe2+，可選用______選填序號

A.氯水 硫氰化鉀溶液 濃氨水鐵氰化鉀溶液酸性KMnO4溶液

②乙同學取336mL(標準狀況氣體W通入足量溴水中，再加入足量BaCl2溶液，經適當操作后得干燥固體2.33g。由此推知氣體W中SO2體積分數為______。

(2)根據上述實驗中SO2體積分數的分析，丙同學認為氣體中除SO2外，還可能含有X和Y兩種氣體，在標準狀況下X氣體的密度為0.0893g/L。為探究氣體成分設計了下列探究實驗裝置

①反應過程中在通入W氣體的同時，還要通入N2，其作用是______。

②裝置B中試劑的作用是______，裝置D中盛裝的試劑是______，裝置G的作用是______。

③如果氣體W中含有X，預計實驗現象應是______。

④分析W氣體中的Y氣體是如何生成的______用化學方程式表示。

Answer 1

【答案】4.5% DE 66.7% 輸送W氣體，確保W中個組成氣體被后續裝置充分吸收 檢驗二氧化硫是否被完全吸收 濃硫酸 防止空氣中水蒸氣進入干燥管，干擾氫氣的存在 E中粉末由黑色變化為紅色，F中固體白色邊藍色 2Fe3C+22H2SO4(濃)3Fe2(SO4)3+2CO2↑+13SO2↑+22H2O 或C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O

【解析】

Ⅰ.低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，元素守恒計算低碳鋼中Fe3C的質量分數；

Ⅱ.(1)①亞鐵離子的性質選取試劑，亞鐵離子有還原性，可用強氧化性的物質檢驗，且必須有明顯的實驗現象；

②SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，結合反應的定量關系計算；

二氧化硫能使品紅溶液褪色，據此判斷是否含有二氧化硫，在標準狀況下X氣體的密度為0.0893g/L，摩爾質量M=0.0893g/L×22.4L/mol=2g/mol，則為氫氣，為探究氣體成分設計了下列探究實驗裝置：

①反應過程中在通入W氣體的同時，通過氮氣可以把氣體帶入后續裝置完全吸收；

②B中品紅溶液是檢驗二氧化硫是否除盡；

③如果氣體W中含有X為氫氣，預計實驗現象應是：氫氣還原氧化銅生成銅和水，水蒸氣進入無水硫酸銅粉末會反應變藍色；

④分析W氣體中的Y氣體為二氧化硫氣體，生成的來源可能是；Fe3C和濃硫酸加熱反應生成，或碳和濃硫酸加熱反應生成。

Ⅰ低碳鋼含碳量低于0.3%，碳在鋼中主要以Fe3C形式存在，假設100g低碳鋼，則含碳0.3g，根據C元素守恒計算得到低碳鋼中Fe3C的質量分數×100%=4.5%，低碳鋼中Fe3C的質量分數應該低于4.5%；

Ⅱ.(1)①亞鐵離子能使酸性高錳酸鉀褪色，溶液中已經有三價鐵離子，

A.氯水會氧化亞鐵離子，但無明顯的反應現象，A錯誤；

B.硫氰化鉀溶液結合鐵離子生成血紅色溶液，但不能確定亞鐵離子，B錯誤；

C.濃氨水和鐵離子、亞鐵離子反應生成沉淀，受氫氧化鐵沉淀顏色的影響無法分辨，不能確定是否含亞鐵離子，C錯誤；

D.鐵氰化鉀溶液遇到亞鐵離子生成藍色沉淀是特征現象，可以檢驗亞鐵離子，D正確；

E.酸性KMnO4溶液具有氧化性，和亞鐵離子發生氧化還原反應，溶液褪色，可以驗證亞鐵離子的存在，E正確；

故合理選項是DE；

②SO2具有還原性，通入足量溴水中，發生Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr，生成的硫酸遇到氯化鋇會產生白色沉淀，則混合氣體=0.015mol；

根據S元素守恒可知n(SO2)=n(BaSO4)=2.33g÷233g/mol=0.01mol，所以二氧化硫的體積分數為：V=×100%=66.7%；

(2)①反應過程中在通入W氣體的同時，還要通入N2，其作用是：輸送W氣體，確保W中各組成氣體被后續裝置充分吸收；

②通過裝置A通入高錳酸鉀溶液氣體中二氧化硫被氧化為硫酸，裝置B中的品紅溶液是檢驗二氧化硫是否被除盡的作用，裝置D中盛裝的試劑是濃硫酸，用來干燥氣體進入玻璃管中，裝置G的作用是防止空氣中水蒸氣進入干擾氫氣的檢驗；

③如果氣體W中含有X是氫氣，預計實驗現象應是：E中粉末由黑色變化為紅色，F中固體白色邊藍色；

④分析W氣體中的Y氣體為二氧化硫氣體，生成的來源可能是Fe3C和濃硫酸加熱反應生成，也可能是碳和濃硫酸加熱反應生成。反應的化學方程式：2Fe3C+22H2SO4(濃)3Fe2(SO4)3+2CO2↑+13SO2↑+22H2O或C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O。