Question

19．為了測定鐵粉樣品中鐵的質量分數，某課外活動小組加熱碳粉（過量）和氧化亞鐵的混合物，如圖裝置，對獲得鐵粉（含炭）樣品進行如下實驗，（圖中鐵架臺已略去）．實驗中所用藥品：樣品、過氧化氫溶液、二氧化錳、堿石灰、濃硫酸等

①在G中加入樣品標本W克，D中裝入堿石灰后并稱量m₁克．E中加入濃硫酸，連接好儀器后，檢查氣密性．
②對A、B中加入試劑，打開A的活塞，慢慢滴加溶液．
③對G進行加熱，當G中藥品充分反應后，關閉A的活塞，停止加熱．
④冷卻后，稱量D的質量為m₂克．
（1）如何檢查裝置的氣密性關閉分液漏斗的活塞，對錐形瓶微熱，看E處有無氣泡產生，若有則氣密性良好．
（2）寫出B中的化學方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）寫出鐵的質量分數的表達式（用含W、m₁、m₂的代數式表示）$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%．
（4）問題和討論
實驗完成后，老師評議說：按上述實驗設計，即使G中反應完全D中吸收完全，也不會得出正確的結果．經討論，有同學提出在B與G之間加熱的裝置可以是干燥管，其中盛放的藥品是堿石灰．
（5）現有稀硫酸、濃硫酸、濃硝酸、蒸餾水．選擇合適試劑，請再設計一種測定用一定質量的樣品與稀硫酸反應生成氫氣，根據氫氣的量計算樣品中鐵的質量分數（不必描述操作過程的細節，主要分析原理）．

Answer 1

分析 根據實驗裝置圖及提供的藥品可知，實驗中用二氧化錳作催化劑使雙氧水分解產生氧氣，在C處氧氣將碳氧化成二氧化碳，同時也將鐵氧化，在D處用堿石灰吸收產生的二氧化碳，根據D裝置的質量的變化確定二氧化碳的質量，進而可知樣品中碳元素的質量，為防止空氣中的水進入裝置，影響實驗結果的測定，在D裝置后面連一個裝有濃硫酸的洗氣瓶E，
（1）根據壓強差產生不同現象判斷裝置的氣密性；
（2）B中是雙氧水在二氧化錳催化條件下生成氧氣；
（3）根據上面的分析可知，實驗中產生的二氧化碳的質量為m₂-m₁，所以樣品中碳的質量為$\frac{12}{44}×$（m₂-m₁）=$\frac{3}{11}$×（m₂-m₁），則樣品中鐵的質量為W-$\frac{3}{11}$×（m₂-m₁），據此計算鐵的質量分數；
（4）因為所得的氧氣中含有水分，會影響實驗的測定，所以氧氣進入C裝置前要進行干燥，據此答題；
（5）測定樣品中鐵的質量分數，也可以用鐵與稀硫酸反應生成氫氣，根據氫氣的量計算樣品中鐵的質量分數；

解答 解：根據實驗裝置圖及提供的藥品可知，實驗中用二氧化錳作催化劑使雙氧水分解產生氧氣，在C處氧氣將碳氧化成二氧化碳，同時也將鐵氧化，在D處用堿石灰吸收產生的二氧化碳，根據D裝置的質量的變化確定二氧化碳的質量，進而可知樣品中碳元素的質量，為防止空氣中的水進入裝置，影響實驗結果的測定，在D裝置后面連一個裝有濃硫酸的洗氣瓶E，
（1）根據壓強差產生不同現象判斷裝置的氣密性，其操作為：關閉分液漏斗的活塞，對錐形瓶微熱，看E處有無氣泡產生，若有則氣密性良好，
故答案為：關閉分液漏斗的活塞，對錐形瓶微熱，看E處有無氣泡產生，若有則氣密性良好；
（2）B中是雙氧水在二氧化錳催化條件下生成氧氣，反應方程式為 2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）根據上面的分析可知，實驗中產生的二氧化碳的質量為m₂-m₁，所以樣品中碳的質量為$\frac{12}{44}×$（m₂-m₁）=$\frac{3}{11}$×（m₂-m₁），則樣品中鐵的質量為W-$\frac{3}{11}$×（m₂-m₁），R所以鐵的質量分數為$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%，
故答案為：$\frac{W-\frac{3}{11}（{m}_{2}-{m}_{1}）}{W}$×100%；
（4）因為所得的氧氣中含有水分，會影響實驗的測定，所以氧氣進入C裝置前要進行干燥，所以B與C之間加入的裝置可以是干燥管，其中盛放的藥品是堿石灰，
故答案為：干燥管；堿石灰；
（5）測定樣品中鐵的質量分數，也可以用一定質量的樣品與稀硫酸反應生成氫氣，根據氫氣的量計算樣品中鐵的質量分數，
故答案為：用一定質量的樣品與稀硫酸反應生成氫氣，根據氫氣的量計算樣品中鐵的質量分數；

點評 本題從鐵、碳與氧氣反應探究鐵粉中鐵的質量分數，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生規范嚴謹的實驗設計、操作能力．