Question

现有某铁碳合金(可以看作铁和碳两种单质的混合物)，化某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，设计了如图所示的实验装置(夹持仪器已省略)和实验方案进行实验探究。

请回答下列问题：

(1)仪器 a 的名称是________________。

(2)连接好装置后，首先应进行的操作是 _____________

(3)向仪器a中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B、C三装置中均无明显现象，其原因是___________、_______________ 。

(4)仪器a中铁与浓硫酸发生反应的化学方程式是____________ 。

(5)装置C中发生的反应中，SO₂体现_________性。

(6)实验开始前，甲同学称量装置 E 的质量，并将m g铁碳合金样品放入仪器 a 中，再加入足量的浓硫酸，待仪器a中不再逸出气体时，停止加热，拆下装置E并称重，装置E增重n g。据此甲同学计算铁碳合金中铁的质量分数为________________(写表达式)。

(7)乙同学认为，依据此实验测得的数据，计算得到的铁碳合金中铁的质量分数可能会偏低，原因是空气中的CO₂、H₂O进入装置E中使n增大。你认为改进的方法是_____________。

(8)丙同学认为 ，即使乙同学认为的偏差得到改进 ，依据此实验测得的铁碳合金中铁的质量分数也可能仍会有误差。 你认为其中的原因是_____。

Answer

蒸馏烧瓶 检验装置气密性 常温下铁与浓硫酸发生钝化 常温下碳不与浓硫酸反应 2Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 还原 (1-)×100% 在装置E后增加一个相同的装置 产生的CO2不能完全排入装置E中

【解析】

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，向铁碳合金中加入浓硫酸，加热后，铁与浓硫酸反应生成二氧化硫，碳与浓硫酸反应生成二氧化硫和二氧化碳，品红溶液检验二氧化硫的存在，酸性高锰酸钾与二氧化硫反应除去二氧化硫，浓硫酸干燥二氧化碳气体，足量碱石灰与二氧化碳反应吸收二氧化碳，通过二氧化碳的量，求出合金中碳的含量，进而求出铁的含量。

(1)根据仪器a的形状可知，仪器a为蒸馏烧瓶。

(2)反应装置要测量生成二氧化碳的量，为提高实验数据的准确性，连接好装置后，首先应进行的操作是检查装置的气密性。

(3)往A中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，是因为常温下铁在浓硫酸中钝化，碳和浓硫酸在加热条件下才能反应。

(4)铁和过量浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：2Fe+6H2SO4(浓)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O。

(5)装置C是利用高锰酸钾溶液的强氧化性吸收二氧化硫，5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4 ，体现二氧化硫的还原性。

(6)称取mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，加热待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E装置并称重，E增重ng，则生成二氧化碳的质量为ng，根据质量守恒定律，则mg铁碳合金中含碳元素的质量为g=g，则含铁的质量为mg-g，铁的质量分数为(1-)×100%。

(7)E中所装试剂为碱石灰，可吸收空气中CO2、H2O使n增大，改进的方法是在装置E后增加一个盛碱石灰的干燥管防止空气中的二氧化碳和水进入。

(8)装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收，会导致测定的铁碳合金中铁的质量分数存在误差。