Question

（2009?商丘二模）現有某鐵碳合金，某化學興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質，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
（1）按圖示的連接裝置，檢查裝置的氣密性，稱量E的質量．
（2）將mg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均無明顯現象，其原因是：

常溫下，Fe在濃硫酸中鈍化；常溫下，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象．
寫出A中發生反應的化學方程式

2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O

（任寫一個）．B中的現象是

品紅溶液逐漸褪色

，由此可得到濃硫酸具有

強氧化

性．
（4）隨著反應的進行，A中還可能發生某些離子反應．寫出相應的離子方程式：

2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑

（任寫一個）．
（5）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、碳在溶液中形成原電池

．
Ⅱ測定鐵的質量分數
（6）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．
鐵碳合金中鐵的質量分數為

11m-3b

11m

×100%

（寫表達式）．
（7）某同學認為上述方法較復雜，使用下圖所示的裝置和其它常用實驗儀器測定某些數據即可．為了快速和準確的計算出鐵的質量分數，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．反應結束后，過濾、洗滌、稱量殘渣的質量
C．測定反應前后裝置和藥品的總質量．

Answer 1

分析：根據題干中的信息和實驗裝置圖，結合實驗現象和實驗操作進行分析計算；明確實驗的目的是測定鐵碳合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質；
（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，依據書寫化學方程式的原則寫出；B中品紅的紅色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通過現象證明濃硫酸生成了二氧化硫，表現了強氧化性；
（4）依據隨著反應進行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時，可以和反應生成的硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣；
（5）鐵碳在硫酸溶液中形成原電池能加快化學反應速率；
（6）根據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量為bg，根據質量守恒定律，則可求出mg鐵碳合金中含碳元素的質量進而求出鐵的質量分數，
（7）因為鐵碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質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，故無明顯現象，故答案為：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，依據書寫化學方程式的原則寫出2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；B中品紅的紅色褪去是利用了二氧化硫的漂白性；通過現象證明濃硫酸生成了二氧化硫，表現了強氧化性，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O或C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；品紅溶液逐漸褪色；強氧化；
（4）隨著反應進行濃硫酸變稀后，鐵足夠量時，可以和反應生成的硫酸鐵反應生成硫酸亞鐵，鐵與剩余稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，所以離子方程式為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑，故答案為：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺或Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（5）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；
（6）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量為bg，根據質量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質量=

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，則含鐵的質量為mg-

3b

11

g，鐵的質量分數=

m- 3b 11

m

×100%=

11m-3b

11m

×100%，

故答案為：

11m-3b

11m

×100%；
（7）因為鐵碳合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質量可以通過釋放氫氣的質量求出，進而計算鐵的質量分數；測定反應前后裝置和藥品的總質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；反應結束后，過濾、洗滌、稱量殘渣的質量，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果產生較多的誤差，所以只有C是最簡單的操作，
故答案為：C．

點評：本題考查濃硫酸的性質及實驗，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關鍵，難度適中．