Question

1．現有某鐵碳合金（鐵和碳兩種單質的混合物），某化學興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質，設計了下圖所示的實驗裝置（夾持儀器已省略）和實驗方案進行實驗探究．

I  測定鐵的質量分數：
（1）檢查上述裝置氣密性的一種方法是：關閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導管，然后將導氣管插入水中，加熱燒瓶，導氣管冒氣泡，停止加熱有一段水柱上升，則證明裝置的氣密性良好．
（2）稱量E的質量，并將a g鐵碳合金樣品放入裝置A中，再加入足量的濃硫酸，待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重b g．鐵碳合金中鐵的質量分數為$\frac{11m-3b}{11m}$×100%（寫表達式）．
（3）裝置C的作用吸收除去二氧化硫．
（4）甲同學認為，依據此實驗測得的數據，計算合金中鐵的質量分數可能會偏低，原因是空氣中CO₂、水蒸氣進入E管使b增大．你認為改進的方法是E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管．
（5）乙同學認為，即使甲同學認為的偏差得到改進，依據此實驗測得合金中鐵的質量分數也可能會偏高．你認為其中的原因是反應產生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導致b偏低．
Ⅱ探究濃硫酸的某些性質：
（6）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，其原因是：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應，故無明顯現象．
（7）A中鐵與濃硫酸發生反應的化學方程式是2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

Answer 1

分析 由實驗裝置圖可知，裝置A中濃硫酸和鐵、碳在加熱的條件下反應生成了二氧化碳和二氧化硫，裝置B品紅溶液是檢驗二氧化硫氣體的，裝置C足量的高錳酸鉀溶液是除掉二氧化硫的，裝置D是用于干燥二氧化碳氣體，最后得到干燥的二氧化碳被實驗裝置E中足量的堿石灰吸收，
（1）依據裝置中的壓強變化恒容液面變化分析檢驗，最后導氣管插入水，加熱發生裝置導氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱；
（2）根據mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，E增重bg，則生成二氧化碳的質量為bg，根據質量守恒定律，則可求出mg鐵碳合金中含碳元素的質量進而求出鐵的質量分數；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀的強氧化性吸收二氧化硫氣體；
（4）E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入干燥管；
（5）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收；
（6）常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應；
（7）鐵和過量濃硫酸加熱反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水．

解答 解：（1）關閉分液漏斗的活塞，在E裝置后面連上一根導管，然后把最后導氣管插入水，加熱發生裝置導氣管冒氣泡，停止加熱上升一段水柱證明裝置氣密性好，
故答案為：將導氣管插入水中，加熱燒瓶，導氣管冒氣泡，停止加熱有一段水柱上升；
（2）稱取mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，加熱待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E裝置并稱重，E增重bg，則生成二氧化碳的質量為bg，根據質量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質量為$\frac{12b}{44}$g=$\frac{3b}{11}$g，則含鐵的質量為mg-$\frac{3b}{11}$g，鐵的質量分數為$\frac{m-\frac{3b}{11}}{m}$×100%=$\frac{11m-3b}{11m}$×100%，
故答案為：$\frac{11m-3b}{11m}$×100%；
（3）裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強氧化性吸收二氧化硫，5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄，
故答案為：吸收除去二氧化硫；
（4）E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，改進的方法是增加一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進入，
故答案為：E裝置后再連接一個盛堿石灰的干燥管；
（5）裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收會導致測定結果偏低，
故答案為：反應產生的CO₂氣體未能完全排到裝置E中，導致b偏低；
（6）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應，
故答案為：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應，故無明顯現象；
（7）鐵和過量濃硫酸加熱反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．

點評 本題考查了物質性質的探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應和試劑作用是解題關鍵，題目難度中等．