Question

【題目】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，并探究濃硫酸的還原產物，設計了如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：

（1）該裝置的連接順序a___(填接口字母)，連接好裝置后，首先應進行的操作是____。

（2）mg鐵碳合金中加入濃H2SO4，點燃酒精燈一段時間后，用滴管吸取A中的溶液滴入到適量水中作為試樣，試樣中所含金屬離子的成分有以下三種可能：A：只含有Fe3＋；B：只含有Fe2＋；C：____，若為A，則A中反應的化學方程式為___，驗證C種可能的實驗方法___。

（3）待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下C并稱重，C增重bg。鐵碳合金中鐵的質量分數____(寫表達式)。

（4）某同學認為利用此裝置測得鐵的質量分數偏大，請你寫出可能的原因：_____。

（5）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____。

Answer 1

【答案】hicbfgde 檢查裝置氣密性 既有Fe2＋，又有Fe3＋ 2Fe＋6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O 取試樣少許于試管中，先滴加少量的硫氰酸鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe3＋；再取少許試樣于試管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，證明溶液中含有Fe2＋ 反應產生的CO2氣體未能完全排到裝置C中，則C增加的質量偏小，所以碳的質量會偏小，鐵的質量分數會偏高 Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋

【解析】

（1）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、二氧化硫和水；碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，二氧化硫具有漂白性，應先檢驗二氧化硫，用品紅溶液，然后用過量高錳酸鉀除去二氧化硫，用濃硫酸干燥后，剩余二氧化碳被堿石灰吸收，故連接順序為：a hicbfgd e；在進行氣體制備實驗前，應先檢查裝置氣密性；故答案為：hicbfgd e；檢查裝置氣密性

（2）濃硫酸具有氧化性，與鐵反應生成Fe3＋，隨著反應的進行濃硫酸濃度減小，逐漸變為稀硫酸，若鐵足量，與稀硫酸反應生成Fe2＋，若鐵過量，過量的鐵與Fe3＋反應生成Fe2＋，因此反應后的溶液中含有的金屬離子成分可能有三種：A：只含有Fe3＋；B：只含有Fe2＋；C：既有Fe2＋，又有Fe3＋；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、二氧化硫和水；碳和濃硫酸加熱反應生成二氧化碳、二氧化硫和水，則A中反應的化學方程式為：2Fe＋6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O，驗證第三種可能的實驗方法：取試樣少許于試管中，先滴加少量的硫氰酸鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe3＋；再取少許試樣于試管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，證明溶液中含有Fe2＋。

答案為：既有Fe2＋，又有Fe3＋；2Fe＋6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4(濃)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O；取試樣少許于試管中，先滴加少量的硫氰酸鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe3＋；再取少許試樣于試管中，滴加少量的酸性KMnO4溶液，若紫色退去，證明溶液中含有Fe2＋；

（3）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C裝置并稱重，C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=×12g/mol= g，則含鐵的質量為mg-g，鐵的質量分數=×100%=×100%。

答案為：×100%

（4）反應產生的CO2氣體未能完全排到裝置C中，則C增加的質量偏小，所以碳的質量會偏小，鐵的質量分數會偏高，故答案為：反應產生的CO2氣體未能完全排到裝置C中，則C增加的質量偏小，所以碳的質量會偏小，鐵的質量分數會偏高；

（5）濃硫酸具有氧化性，與鐵反應生成Fe3＋，隨著反應的進行濃硫酸濃度減小，逐漸變為稀硫酸，若鐵足量，與稀硫酸反應生成Fe2＋，若鐵過量，過量的鐵與Fe3＋反應生成Fe2＋，還可能發生的離子反應為：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；

答案為：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；