Question

化學興趣小組對某生鐵樣品中鐵的質量分數進行探究。請按要求完成下列探究報告。（６分）
[實驗目的]
測定某生鐵樣品中單質鐵的質量分數。
[資料支撐]
生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。
碳在生鐵中以兩種形態存在，一種是游離碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳、磷、硫存在形式較為復雜；這些物質通常都不與稀硫酸發生化學反應。
[實驗方案]
生鐵樣品與過量的稀硫酸反應，測定反應前后可稱量物質的質量差。
[實驗過程]
(1)取一只燒杯，稱得其質量為70.4g，加入一定量生鐵樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質量為102.4g；
(2)向盛有生鐵樣品的燒杯中加入稀硫酸，邊加邊攪拌，直到燒杯中不再產生氣泡，
再加入少量稀硫酸以確保過量，測得共用去稀硫酸247.3g；
(3)靜置，稱量。稱得燒杯和剩余物質的總質量為348.7g。
[數據處理]
計算該生鐵樣品中單質鐵的質量分數：(寫出計算過程)
[交流討論]
(1)實驗稱量時稱量物應放在托盤天平的    盤（選填“左”或“右”）；
(2)實驗過程中稀硫酸要過量的原因是                             ；
(3)經質檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%。假設沒有與硫酸反應的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質量分數為    。

Answer 1

⑴左    ⑵確保生鐵樣品中鐵單質與稀硫酸完全反應  ⑶8.25%

解析試題分析：（1）根據天平的使用可知，稱量時物品放在天平的左盤，砝碼放在天平的右盤；
（2）為了確保生鐵樣品中鐵單質與稀硫酸能夠完全反應，故稀硫酸要過量；
（3）根據質量守恒定律可知，燒杯中減少的質量就是生成氫氣的質量，即生成H₂的質量=102.4g+247.3g-348.7g=1g；則根據鐵與稀硫酸反應的化學方程式可以計算出樣品中單質鐵的質量，進而計算出樣品中單質鐵的質量分數；再由樣品質量和樣品中鐵元素的質量分數，可以計算出樣品中鐵元素的總質量，去掉單質鐵的質量，就是沒有與稀硫酸反應的鐵元素的質量；最后根據物質中某元素的質量分數的計算公式可以計算出樣品中Fe₃C的質量，進而計算出樣品中Fe₃C的質量分數。
解：設生鐵樣品中含鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄ == FeSO₄+H₂↑
56              2
x               1g
56:2=x：1g
解得x=28g   
則生鐵樣品中鐵單質的質量分數為×100%="87.5%"
根據題意，該樣品質量為102.4g-70.4g=32g，
則樣品中鐵元素的總質量為32g×95.2%=30.464g，
所以樣品中Fe₃C的鐵元素質量=30.464g-28g=2.464g，
則樣品中Fe₃C的質量=2.464g÷×100%=2.64g，
所以樣品中Fe₃C的質量分數=×100%=8.25%
考點：根據化學反應方程式的計算，實驗探究物質的組成成分以及含量
點評：本題主要考查含雜質物質的化學方程式計算，要想解答好這類題目，就要理解和熟記根據化學反應方程式的計算步驟、格式以及與之相關的知識等，此外還要能夠利用質量守恒定律分析反應前后質量變化，從而得到反應生成氫氣的質量，這也是解答本題的關鍵。