Question

為測定某生鐵（假設僅含Fe和C）粉末狀樣品中鐵的質量分數，某化學研究性學習小組設計有關方案進行如下實驗。

（1）設計如圖甲所示裝置，使生鐵樣品與稀硫酸反應的操作為                                  。

實驗結束后，讀出量氣管中的氣體體積（換算為標準狀況），計算生鐵樣品中鐵的質量分數，測定的結果偏低，可能的原因是       。（填字母序號）

A. 反應結束并冷卻后，未再次調節量氣管和水準管中液面相平， 即讀取氣體體積

B. 稀硫酸過量

C. 水準管中有少量水溢出

（2）設計如圖乙所示裝置，測得反應前后的有關質量如表，則生鐵樣品中鐵的質量分數為         ，根據圖中裝置判斷，若實驗中操作沒有失誤，該實驗結果可能       。（填“偏大”、“偏小”或 “準確”）

反應前：整套裝置+ 稀硫酸質量/g	反應前： 生鐵樣品質量/g	反應后：整套裝置+ 錐形瓶中剩余物的質量/g
a	m	b

（3）若取生鐵粉末5.72 g，高溫下的氧氣流中充分反應，得到CO₂氣體224 mL(標準狀況)。則此生鐵粉末中鐵和碳的物質的量之比為         。若再取三份不同質量的生鐵粉末，分別加到100 mL相同濃度的H₂SO₄溶液中，充分反應后，測得的實驗數據如下表所示。計算實驗Ⅱ結束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質量           。

實驗序號	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ
加入生鐵樣品的質量/g	1.43	2.86	8.58
生成氣體的體積/L（標準狀況）	0.56	1.12	2.24

 

Answer 1

【答案】

（10分）（1）將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到生鐵樣品中。A（各1分，2分）

（2），偏大(H₂攜帶水蒸氣逸出)（各2分，4分） 

（3）10:1 ，2.86 g。（各2分，4分）

【解析】

試題分析：（1）要使鐵樣品與稀硫酸反應，就得使鐵樣品與稀硫酸接觸，故操作為將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到生鐵樣品中。分析結果偏低的原因，A選項中比較合理，故錯A。

（2）根據反應后后所得溶液質量=參加反應鐵的質量+所加入的稀硫酸的質量-反應放出氫氣的質量，計算生鐵樣品中鐵的質量分數為。因為H₂會攜帶水蒸氣逸出，故實驗結果可能偏大。

（3）高溫下的氧氣流中充分反應，Fe和C都和氧氣發生反應，生成CO₂氣體224 mL(標準狀況)，即0.01mol，根據化學方程式計算得C的物質的量為0.01mol，質量為0.12g，故生鐵的質量為5.72g-0.12g=5.6g，物質的量為0.1mol，故生鐵粉末中鐵和碳的物質的量之比為0.1mol:0.01mol=10:1。

根據表中數據計算，實驗Ⅲ中生鐵粉末是過量的，酸反應完，根據生成氣體的體積是2.24L計算，酸的物質的量為0.1mol, 實驗Ⅱ中酸是過量的，根據根據生成氣體的體積是1.12L計算，酸反應了0.05mol，剩余0.05mol，故實驗Ⅱ結束后的溶液中，還能溶解生鐵樣品的質量2.86g。

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量

點評：本題主要考查有關化學方程式的計算和化學式的計算，難度較大，根據質量守恒定律，反應后后所得溶液質量=參加反應鐵的質量+所加入的稀硫酸的質量-反應放出氫氣的質量。