Question

某化學興趣小組在實驗室將5.7g鋼鐵樣品放入燒杯中（燒杯質量為15g），加入50g稀硫酸（足量）（雜質不參加反應），在化學反應的過程中對燒杯（包括溶液和殘余固體）進行了四次稱量．記錄如表：

反應時間	t0	t1	t2	t5
燒杯和藥品質量（g）	70.7	70.6	70.5	7.05

（1）你分析后一定能計算出產生氫氣的質量為______．
（2）請你參與這個小組，計算出5.7g鋼鐵樣品中鐵的質量分數是多少？（結果精確到0.1%）
（3）鋼的類型分為：含碳量（C%）0.03%～0.3%為低碳鋼；0.3%～0.6%為中碳鋼；0.6%～2%為高碳鋼．假設殘留在燒杯中的黑色固體全部是炭，則這種鋼屬于______．
（4）有同學提出：灼燒可使鋼中的炭變為CO₂揮發掉，灼燒后鋼樣品質量會減輕．可是他們將一定量的鋼樣品灼燒后，發現質量反而增加了很多．原因是______．

Answer 1

解：（1）根據質量守恒定律，放出氫氣質量=5.7g+15g+50g-70.5g=0.2g
（2）設鋼鐵樣品中鐵的質量為x，
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56 2
x 0.2g
= x=5.6g
則這種鋼樣品含鐵的質量分數=×100%=98.2%
（3）鋼樣中含碳量=1-98.2%=1.8%，含碳量在0.6%～2%之間，鋼樣為高碳鋼；
（4）鋼樣灼燒時，鋼樣中的鐵與氧氣化合成鐵的氧化物而使固體質量增大，碳與氧氣化合成二氧化碳而使固體質量減小，由于所以碳減少的質量，遠小于鐵轉化為氧化物增加的質量．
答：（1）產生氫氣的質量為0.2g；（2）這種鋼樣品含鐵的質量分數為98.2%；（3）這種鋼屬于高碳鋼；（4）鋼中含碳量少，碳減少的質量，遠小于鐵轉化為氧化物增加的質量．
分析：（1）根據四次稱量記錄，可知鋼樣完全反應后燒杯和藥品的總質量為70.5g，根據質量守恒定律，由反應前后質量差可求得放出氫氣質量；
（2）鋼樣中鐵能與硫酸反應放出氫氣，根據反應的化學方程式，由完全反應放出氫氣質量可計算鋼樣中鐵的質量，求得鋼鐵樣品中鐵的質量分數；
（3）由鋼樣中鐵的質量求得其中含碳量，對比三種碳素鋼的含碳量，判斷鋼樣的類型；
（4）分析灼燒鋼樣時所發生的變化，找出使灼燒后固體質量發生改變的原因，對一定量的鋼樣品灼燒后發現質量反而增加了很多的原因進行解釋．
點評：本題是借助于數學模型，利用圖表的方式來分析和解決化學計算中的有關問題，要求學生有較強的識圖能力和數據分析能力．