Question

【題目】1.為探究某鐵碳合金與濃硫酸在加熱條件下的反應的部分產物,并測定鐵碳合金中鐵元素的質量分數,某化學活動小組設計了如圖所示的實驗裝置,并完成以下實驗探究。

(1)往圓底燒瓶中加入m g鐵碳合金,并滴入過量濃硫酸,未點燃酒精燈前,A、B中均無明顯現象,其原因是:①常溫下碳與濃硫酸不反應;②___________。

(2)點燃酒精燈,反應一段時間后,從A中逸出氣體的速率仍然較快,除因反應溫度較高外,還可能的原因是___________________。

(3)裝置B的作用是___________________________。

(4)甲同學觀察到裝置C中有白色沉淀生成,他認為使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳。裝置A中能產生二氧化碳的化學方程式為___________________。

(5)乙同學認為甲同學的結論是錯誤的,他認為為了確認二氧化碳的存在,需在裝置B和C之間添加裝置M。裝置E、F中盛放的試劑分別是______、_____。重新實驗后證明存在CO2,則裝置F中的現象是______________。

(6)有些同學認為合金中鐵元素的質量分數可用KMnO4溶液來測定(5Fe2++Mn+8H+ 5Fe3++Mn2++4H2O)。測定鐵元素質量分數的實驗步驟如下:

Ⅰ.往燒瓶A中加入過量銅使溶液中的Fe3+完全轉化為Fe2+,過濾,得到濾液B;

Ⅱ.將濾液B稀釋為250 mL;

Ⅲ.取稀釋液25.00 mL,用濃度為c mol·L-1的酸性KMnO4溶液滴定,三次滴定實驗消耗KMnO4溶液體積的平均值為V mL。

①步驟Ⅱ中,將濾液B稀釋為250 mL需要用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外,還必須要用到的是_________。

②判斷滴定終點的標志是_____________________。

③鐵碳合金中鐵元素的質量分數為___________________。

Answer 1

【答案】常溫下Fe在濃硫酸中發生鈍化 鐵、碳、硫酸溶液形成原電池 檢驗SO2的存在 C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O 酸性KMnO4溶液或溴水(或其他合理答案) 品紅溶液 品紅溶液不褪色或無明顯現象 250 mL容量瓶 滴入最后一滴酸性高錳酸鉀溶液,溶液呈淺紫色,且30 s內不變色 %.

【解析】

在常溫下，Fe和C，與濃硫酸均不反應，在加熱條件下，可以反應，生成SO2和CO2，利用品紅檢驗SO2，利用石灰水檢驗CO2，但是SO2的存在會對CO2的檢驗產生干擾，因此需要除雜，并且驗證SO2已經被除盡。

(1)在加熱條件下C和濃硫酸發生氧化還原反應，常溫下，鐵和濃硫酸發生鈍化現象，C和濃硫酸不反應，所以在未點燃酒精燈前A、B均未產生現象，故答案為：鐵和濃硫酸發生鈍化現象；

(2)隨著反應的進行，溶液濃度減小，速率應該減小，但事實上反應速率仍較快，該反應沒有催化劑，濃度在減小，壓強沒有發生改變，只能是Fe和C形成原電池，Fe作負極，加快了氧化還原反應的速率所以速率加快的原因可能是C、Fe和硫酸構成原電池，從而加速反應速率；

(3)SO2能和有色物質反應生成無色物質而具有漂白性，SO2能使品紅溶液褪色，所以B可以檢驗SO2的存在；

(4)加熱條件下，C和濃硫酸發生氧化還原反應生成CO2、SO2和H2O，反應方程式為C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O；

(5)SO2也能使澄清石灰水變渾濁，用澄清石灰水檢驗CO2之前要除去SO2，防止對CO2造成干擾，所以在B-C之間增加裝置酸性高錳酸鉀溶液或溴水和品紅溶液，酸性高錳酸鉀或溴水是吸收二氧化硫、品紅溶液是檢驗二氧化硫是否除盡，如果二氧化硫完全被吸收，則F中溶液不褪色或無明顯現象；

(6)①要測量Fe的質量分數，配制溶液的時候不能粗略地用燒杯稀釋，而應該使用容量瓶，因此還需要容量瓶250mL容量瓶；

②Fe2＋和高錳酸鉀發生氧化還原反應而使溶液褪色，高錳酸鉀溶液有顏色、生成的錳離子無色，所以有明顯的顏色變化。終點的標志為滴入最后一滴酸性高錳酸鉀溶液,溶液呈淺紫色,且30 s內不變色；

③設參加反應的亞鐵離子的物質的量為x，消耗的高錳酸鉀的物質的量為0.001cVmol。

根據5Fe2＋+MnO4－+8H＋═5Fe3＋+Mn2＋+4H2O中Fe2＋和MnO4－的比例關系，有

5 Fe2＋~MnO4－

5mol 1mol

x 0.001cVmol

5mol：1mol=x：0.001cVmol

；

則250mL濾液中n(Fe2＋)=0.005cVmol×10=0.05cVmol，

根據Fe原子守恒得n(Fe)=(Fe2＋)=0.05cVmol，

m(Fe)=0.05cVmol×56g·mol－1=2.8cVg

Fe質量分數=。