Question

为探究碳铁合金与浓硫酸在酸性条件下反应的部分产物并测定碳铁合金中铁元素的质量分数，某化学小组设计了下图所示的实验装置，并完成以下实验探究。

    

(1)往圆底烧瓶中加入m g铁碳合金，并滴入过量浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：①常温下，Fe在浓硫酸中              ；②常温下，碳和浓硫酸不反应。

(2)装置B的作用是                   。

(3)甲同学观察到装置C中有白色沉淀生成，他得出了使澄清石灰水变浑浊的气体是二氧化碳。装置A中能产生二氧化碳的化学方程式为                    。

(4)乙同学认为甲同学的结论是错误的，他认为为了确认二氧化碳的存在，需在装置B-C之间添加装置M。装置E、F中盛放的试剂分别是酸性高锰酸钾、                  。重新实验后观察到装置F中的现象是                    。

(5)有些同学认为合金中铁元素的质量分数可用KMnO₄溶液来测定。

(5Fe²⁺+MnO₄^—+8H⁺==5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O)。

测定铁元素质量分数的实验步骤如下：

I．往烧瓶A中加入过量的还原剂铜使溶液中的Fe³⁺完全转化为Fe²⁺，过滤，得到滤液B；

II．将滤液B稀释为250 mL；

III．取稀释液25.00 mL，用浓度为c mol·L^—1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定实验所需KMnO₄溶液体积的平均值为V mL。

①步骤Ⅱ中，将滤液B稀释为250 mL需要用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、胶头滴管外，还必须要用到的是            ；

②滴定过程中               (填“需要”或“不需要”)加入指示剂

③铁碳合金中铁元素的质量分数为                  。

Answer

(1)钝化(2)检验二氧化硫

(3)C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O

(4)品红；品红不褪色

(5)①250mL容量瓶②不需要③112cV/5m

【解析】

试题分析：(1)在加热条件下C和浓硫酸发生氧化还原反应，常温下，铁和浓硫酸发生钝化现象，C和浓硫酸不反应，所以在未点燃酒精灯前A、B均未产生现象；

(2)SO2能和有色物质反应生成无色物质而具有漂白性，SO2能使品红溶液褪色，所以B可以检验SO2的存在；

(3)加热条件下，C和浓硫酸发生氧化还原反应生成CO2、SO2和H2O，反应方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O；

(4)SO2也能使澄清石灰水变浑浊，用澄清石灰水检验CO2之前要除去SO2，防止对CO2造成干扰，所以在B-C之间增加装置酸性高锰酸钾溶液或溴水和品红溶液，酸性高锰酸钾或溴水是吸收二氧化硫、品红溶液是检验二氧化硫是否除尽，如果二氧化硫完全被吸收，则F中溶液不褪色或无明显现象；

(5)①配制该溶液还需要容量瓶250mL容量瓶；

②Fe2+和高锰酸钾发生氧化还原反应而使溶液褪色，高锰酸钾溶液有颜色、生成的锰离子无色，所以有明显的颜色变化，所以不需要未加指示剂；

③设参加反应的亚铁离子的物质的量为x，

根据5Fe2++MnO4-+8H+═5Fe3++Mn2++4H2O中5Fe2+---MnO4-，

5Fe2+---MnO4-

5mol 1mol

x 0.001cVmol

5mol：1mol=x：0.001cVmol

x==0.005cVmol，

则250mL滤液中n(Fe2+)=0.005cVmol×10=0.05cVmol，

根据Fe原子守恒得n(Fe)=(Fe2+)=0.05cVmol，

m(Fe)=0.05cVmol×56g/mol=2.8cVg

Fe质量分数=×100%=112cV/5m。

【考点定位】浓硫酸和Fe、C反应为载体考查性质实验方案设计，涉及氧化还原反应、物质含量的测定、仪器的选择、实验基本操作等。

【名师点晴】明确实验原理是解题关键，难点是SO2和CO2混合气体的鉴别，SO2也能使澄清石灰水变浑浊，用澄清石灰水检验CO2之前要除去SO2，防止对CO2造成干扰，所以在B-C之间增加装置酸性高锰酸钾溶液或溴水和品红溶液，酸性高锰酸钾或溴水是吸收二氧化硫、品红溶液是检验二氧化硫是否除尽，如果二氧化硫完全被吸收，则F中溶液不褪色或无明显现象；据此分析解题。