Question

（20分）现有某铁碳合金，某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了下图所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略），请你参与此项活动并回答相应问题(由实验装置引起的实验误差忽略不计)。

I. 探究浓硫酸的某些性质

(1)按图示的连接装置，检查装置的气密性，称量E的质量;

(2)将m g铁碳合金样品放入A中，再加入适量的浓硫酸;

(3)点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象:

写出A中发生反应的化学方程式___________________________________________(任写一个); B中的现象是________________________________________，由此可得到浓硫酸具有____________性;C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是________________________;

D中盛放的试剂是_______________。

(4)随着反应的进行，A中还可能发生某些离子反应。写出相应的离子方程式：

___________________________________(任写一个)。

Ⅱ.测定铁的质量分数

(5)待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重b g，则铁碳合金中铁的质量分数为:___________________________________________（写表达式）;

某同学认为：依据此实验测得的数据，计算合金中铁的质量分数可能会偏低，你认为可能的原因是_____________________________________________________________________;

(6)经过大家的讨论，决定采用下列装置和其他常用实验仪器测定某些数据即可，为了快速和准确地计算出铁的质量分数，最简便的实验操作是___________（填写代号）。

①用排水法测定H₂的体积

②反应结束后，过滤、洗涤、干燥、称量残渣的质量

③ 测定反应前后装置和药品的总质量

Answer

⑶2Fe＋6H2SO4（浓）Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O（或C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O）(2分);  品红溶液逐渐褪色(2分);  强氧化(2分);  除去CO2中混有的SO2 (2分)；浓硫酸(2分);

⑷2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋（或Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+）(2分);

⑸（或(3分)）; 空气中CO2、H2O进入E管使b增大(2分)

⑹③(3分)

【解析】

试题分析：（3）浓硫酸具有强氧化性，能和铁或碳在加热的条件下反应，反应的化学方程式是2Fe＋6H2SO4（浓）Fe2(SO4)3＋3SO2↑＋6H2O、C＋2H2SO4（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。SO2具有漂白性，能使品红溶液褪色，所以B中的实验现象是品红溶液逐渐褪色，这说明浓硫酸被还原生成了SO2，因此说明浓硫酸具有强氧化性。由于SO2也是一种酸性氧化物，能干扰CO2的检验，所以酸性高锰酸钾溶液的作用是除去CO2中混有的SO2 。由于碱石灰也能吸收水蒸气，所以D装置的作用是干燥CO2气体，所以盛放的试剂是浓硫酸。

（4）由于随着反应的进行，稀硫酸的浓度会逐渐降低，所以有可能生成氢气。另外如果铁过量，则氯化铁还可能氧化剩余的单质铁，同时也可能氧化生成的SO2气体，因此可能的离子方程式是2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋（或Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑，SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+）。

（5）E装置增加的质量就是CO2的质量，所以根据碳原子守恒可知，碳的质量是，则则铁碳合金中铁的质量分数。由于空气中含有水蒸气和CO2，也会加入E装置中，导致b偏大，所以测定结果偏低。

（6）由于气体的体积测量往往受温度和压强的影响，不易测量，①不正确，②态复杂。在反应中碳和稀硫酸不反应，只有铁和稀硫酸反应生成氢气和硫酸亚铁，所以可以根据质量守恒定律，常用实验③。

考点：考查浓硫酸的性质、方程式的书写、物质的检验、质量分数的计算等