Question

同學為測定鐵碳合金中鐵的質量分數并探究濃硫酸的某些性質，設計如圖所示的實驗裝置和方案（夾持儀器已省略）：

I．[探究濃硫酸某些性質]
（1）實驗前，稱量裝置E的質量，連接好裝置后首先應進行的操作是

 

（2）將m g鐵碳合金樣品放入A中加適量的濃硫酸，點燃酒精燈前A、B均無明顯現象，其原因是：

 

（3）點燃酒精燈后，A中發生反應的化學方程式為

 

（任寫一個）．
B中的現象為

 

，由此可知濃硫酸具有強氧化性．
（4）反應一段時間后從A中產生氣體的速率仍然較快，除因反應放熱溫度較高外，還可能的原因是

 

Ⅱ．[測定鐵的質量分數]
（5）反應一段時間后C中酸性KMn0₄溶液的顏色逐漸變淺是由于A中產生的S0₂使KMn0₄溶液變淺，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量分數為

 

（寫表達式）．另一位同學認為上述方案有不足之處，他說這樣測出的Fe的質量分數會有較大的誤差，請你判斷其誤差可能

 

（填“偏高”、“偏低”）．（可能用的相對原子質量0：16 C：12 Fe：56）

Answer 1

分析：（1）依據裝置中的壓強變化恒容液面變化分析檢驗，最后導氣管插入水，加熱發生裝置導氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱；
（2）常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應；
（3）鐵和過量濃硫酸加熱反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，裝置B是檢驗二氧化硫氣體存在的裝置，品紅試液變為無色；裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強氧化性吸收二氧化硫；
（4）反應一段時間后從A中產生氣體的速率仍然較快，除因反應放熱溫度較高外，還可能的原因是鐵碳合金在溶液中形成原電池反應；
（5）根據mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，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；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，否則使測定結果偏高．

解答：解：（1）關閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導管，然后把最后導氣管插入水，加熱發生裝置導氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱證明裝置氣密性好，
故答案為：將導氣管插入水中，加熱燒瓶，導氣管冒氣泡，停止加熱有一段水柱上升；
（2）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應，
故答案為：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；
（3）鐵和過量濃硫酸加熱反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；裝置B是檢驗二氧化硫氣體存在的裝置，品紅試液變為無色，說明生成了二氧化硫，證明硫酸具有氧化性被還原為二氧化硫，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O；品紅溶液逐漸褪色；
（4）反應一段時間后從A中產生氣體的速率仍然較快，除因反應放熱溫度較高外，還可能的原因是鐵碳合金在溶液中形成原電池反應，加快反應速率，
故答案為：鐵碳合金在溶液中形成原電池反應；
（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為

12b

44

=

3b

11

g，則含鐵的質量為mg-

3b

11

g，鐵的質量分數為

11m-3b

11m

×100%；E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，導致測定結果偏高；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：

11m-3b

11m

×100%；偏高．

點評：本題考查了物質性質的探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應和試劑作用是解題關鍵，題目難度中等．