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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.

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.

練習冊系列答案
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