Question

17．某校化學興趣小組設計了圖示實驗裝置（圖中省略了夾持儀器）來測定某鐵碳合金中鐵的質量分數．

（1）m克鐵碳合金中加入過量濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，其原因是
①常溫下碳與濃硫酸不反應；②常溫下Fe遇濃硫酸發生鈍化．
（2）寫出加熱時A中碳與濃硫酸發生反應的化學方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）B中的現象是：品紅溶液褪色；C的作用是：除盡反應產物中的SO₂氣體．
（4）待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重bg．則鐵碳合金中鐵的質量分數為$\frac{11m-3b}{11m}$×100% （寫表達式）．
（5）甲同學認為利用此裝置測得鐵的質量分數偏大，請你寫出可能的原因：裝置內的CO₂難以趕盡，導致E質量增重偏小．

Answer 1

分析 由裝置圖可知，該實驗原理：通過測定干燥管E的質量增重確定二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量計算鐵碳合金中碳的質量，進而計算鐵的質量，再計算合金中鐵的質量分數．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下碳與濃硫酸不反應，鐵在濃硫酸中發生鈍化現象；
（2）碳與濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫、二氧化碳、水；
（3）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使品紅溶液褪色；
二氧化硫存在會影響二氧化碳的質量測定，C裝置的作用為除盡反應產物中的SO₂氣體；
（4）E增重b g為二氧化碳的質量，根據碳元素守恒計算合金中碳元素的質量，合金的質量減去碳元素質量等于鐵的質量，再根據質量分數定義計算；
（5）裝置內殘留部分二氧化碳，未能被裝置E完全吸收，導致測量的二氧化碳的質量偏小，即合金中碳元素的質量偏小．

解答 解：由裝置圖可知，該實驗原理：通過測定干燥管E的質量增重確定二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量計算鐵碳合金中碳的質量，進而計算鐵的質量，再計算合金中鐵的質量分數．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下，鐵與濃硫酸反應生成一層致密的氧化物保護膜，阻止內金屬繼續與濃硫酸反應，發生鈍化現象，
故答案為：常溫下Fe遇濃硫酸發生鈍化；
（2）碳與濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫、二氧化碳、水，反應方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使品紅溶液褪色；
C裝置的作用為除盡反應產物中的SO₂氣體，防止影響二氧化碳的質量測定，
故答案為：品紅溶液褪色；除盡反應產物中的SO₂氣體；
（4）E增重b g為二氧化碳的質量，根據碳元素守恒可知合金中碳元素的質量為 $\frac{12}{44}$bg，合金中鐵的質量為mg-$\frac{12}{44}$bg=（m-$\frac{3}{11}$b）g，故鐵的質量分數 $\frac{m-\frac{3}{11}b}{m}$×10×%=$\frac{11m-3b}{11m}$×100%，
故答案為：$\frac{11m-3b}{11m}$×100%；
（5）裝置內殘留部分二氧化碳，未能被裝置E完全吸收，導致測量的二氧化碳的質量偏小，即合金中碳元素的質量偏小，鐵元素的質量增大，質量分數增大，
故答案為：裝置內的CO₂難以趕盡，導致E質量增重偏小．

點評 本題考查學生對實驗原理的理解、對實驗方案與實驗裝置的評價、元素化合物性質、化學計算等，難度中等，清楚實驗原理是解題的關鍵，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識分析問題、解決問題的能力，題目難度中等．