Question

為探究某鐵碳合金與濃硫酸在加熱條件下的反應的部分產物并測定鐵碳合金中鐵元素的質量分數，某化學活動小組設計了下圖所示的實驗裝置，并完成以下實驗探究。

F

E

    

（1）往圓底燒瓶中加入m g鐵碳合金，并滴入過量濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，其原因是：①常溫下，Fe在濃硫酸中鈍化；②               。
（2）反應一段時間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因反應溫度較高外，還可能的原因是                                                    。
（3）裝置B的作用是                                           。
（4）甲同學觀察到裝置C中有白色沉淀生成，他得出了使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳。
裝置A中能產生二氧化碳的化學方程式為                            。
（5）乙同學認為甲同學的結論是錯誤的，他認為為了確認二氧化碳的存在，需在裝置B-C之間添加裝置M。裝置E、F中盛放的試劑分別是                 、                 。
重新實驗后觀察到裝置F中的現象是                      。
（6）有些同學認為合金中鐵元素的質量分數可用KMnO₄溶液來測定。
（5Fe²⁺ + MnO₄^—+ 8H⁺ ==5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O）。
測定鐵元素質量分數的實驗步驟如下：
I．往燒瓶A中加入過量的還原劑使溶液中的Fe³⁺完全轉化為Fe²⁺，過濾，得到濾液B；
II．將濾液B稀釋為250 mL；
III．取稀釋液25.00 mL，用濃度為c mol·L^—1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定實驗所需KMnO₄溶液體積的平均值為V mL。
①步驟Ⅱ中，將濾液B稀釋為250 mL需要用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還必須要用到的是           ；
②丙同學設計了下列滴定方式（夾持儀器省略），最合理的是   。（填字母序號）

③滴定過程中              （填“需要”或“不需要”）加入指示劑，如需要，應加入的指示劑是                    。
④鐵碳合金中鐵元素的質量分數為                    。

Answer 1

（15分）（1）常溫下碳與濃硫酸不反應（1分）
（2）鐵碳在酸溶液中形成原電池（1分）
（3）檢驗SO₂的存在（1分）
（4）C + 2H₂SO₄ (濃)CO₂↑+ 2SO₂↑+ 2H₂O（3分）
（5）酸性KMnO₄溶液或溴水（或其他合理答案）、品紅溶液（各1分，共2分）
品紅溶液不褪色或無明顯現象（1分）
（6）①250mL容量瓶（1分）
②b（1分）
③不需要（1分）
④（3分）

解析試題分析：（1）鐵碳合金含有鐵和碳單質，常溫下，鐵北濃硫酸鈍化，碳與濃硫酸不反應，因此無明顯現象；（2）升高溫度，化學反應速率加快；鐵碳在酸溶液中形成原電池，化學反應速率也會加快；（3）裝置B中品紅溶液可以檢驗反應產物中是否存在SO₂；（4）裝置A中產生CO₂的反應式為C + 2H₂SO₄ (濃)CO₂↑+ 2SO₂↑+ 2H₂O；（5）由于CO₂、SO₂都能使澄清石灰水變渾濁，檢驗CO₂前必須除去SO₂并檢驗SO₂是否除盡，由于SO₂具有還原性和漂白性，則E、F中分別盛有足量的酸性高錳酸鉀溶液或溴水等、品紅溶液；F中品紅溶液不褪色或無明顯變化，C中變渾濁，說明A中反應產物含有CO₂；（6）①配制250mL溶液需要使用250mL容量瓶；②酸性高錳酸鉀溶液能腐蝕橡膠，故a錯誤；酸性高錳酸鉀溶液不能玻璃，故b正確；酸性溶液能腐蝕橡膠，故c錯誤；③酸性高錳酸鉀溶液既是氧化劑又是指示劑，因此滴定時不需要指示劑；由c?V可知，n(MnO₄^—)=c?V×10^—3mol，由5Fe²⁺ + MnO₄^—+ 8H⁺ ==5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O可知，n(Fe²⁺ )=5c?V×10^—3mol，由稀釋定律可知，濾液B中n(Fe²⁺ )=×5c?V×10^—3mol，由鐵元素守恒、n?M可知，鐵合金中m(Fe)=×5c?V×10^—3×56g，則鐵碳合金中鐵元素的質量分數為×5c?V×10^—3×56/m×100%=。
考點：考查硫及其化合物的主要性質、影響化學反應速率的因素、SO₂和CO₂的檢驗、配制溶液、滴定原理、樣品組成的測定等相關知識。