Question

科學興趣小組的同學在老師的指導下，對用鐵碳合金制作的校徽中單質鐵的含量進行了測定．他們將幾枚校徽樣品進行粉碎處理，四組同學各取6.0g粉末樣品置于燒杯中，然后加入一定質量的稀硫酸，充分反應后，對燒杯中剩余固體進行稱量．相關的實驗數據記錄如表：

組別編號	樣品質量/g	加入稀硫酸質量/g	剩余固體質量/g
1	6.0	40.0	0.4
2	6.0	40.0	0.4
3	6.0	50.0	0.6
4	6.0	50.0	0.4

（1）分析上表數據可知，編號為________組的同學其剩余固體質量的數據不合理．
（2）該校徽樣品中單質鐵的質量分數為多少？
（3）若某些組同學所用試劑恰好完全反應，反應后溶液中溶質的質量分數是多少？
（4）如果校徽已生銹，你認為要準確地測得樣品中鐵元素的質量分數，實驗中測量“剩余固體質量”應該改成測量下列中的________（填字母）．
A．加入稀硫酸的體積
B．反應完全后燒杯中所有物質的質量
C．反應完全后燒杯中所有物質的質量和剩余固體質量．

Answer 1

解：（1）向6克樣品中加入40克稀硫酸，剩余固體0.4克，剩余固體中一定有碳，可能還有剩余的鐵；向6克樣品中加入50克稀硫酸，剩余固體的質量只能比0.4克少，或者為0.4克，絕對不可能比0.4克大．故答案為：3
（2）根據表中數據可知樣品中鐵的質量為6.0g-0.4g=5.6g
單質鐵的質量分數=×100%=93.3%
答：校徽樣品中單質鐵的質量分數為93.3%
（3）設生成硫酸亞鐵的質量為x，生成氫氣的質量為y．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56 152 2
5.6g x y

x=15.2g y=0.2g
反應后溶液中溶質的質量分數=×100%=33.5%
答：反應后所得溶液中溶質的質量分數為33.5%．
（4）A、測出加入稀硫酸的體積并不能算出單質鐵的質量和鐵銹的質量．
B、測出反應完全后燒杯中所有物質的質量，只能求出氫氣的質量，進而求出單質鐵的質量，并不能求出鐵銹的質量．
C、測出反應完全后燒杯中所有物質的質量，可求出氫氣的質量，進而求出單質鐵的質量；測出剩余固體的質量，可用樣品的質量-鐵的質量-剩余固體的質量求出鐵銹的質量，進而求出鐵銹中鐵元素的質量．最后用×100%求出樣品中鐵元素的質量分數．
故選C
分析：（1）鐵與硫酸反應，碳與硫酸不反應，向一定量的合金中加入稀硫酸，加入的稀硫酸越多，剩余固體的質量應該越少，當鐵反應完時剩余固體的質量不再減少．
（2）由上述實驗可知剩余固體中只有碳，沒有鐵，固體前后減少的質量為鐵的質量，根據×100%可求出樣品中鐵的質量分數．
（3）根據1、2、4三組實驗數據分析可知第4組實驗中稀硫酸一定過量，只能是1、2兩組實驗恰好完全反應．
反應后溶液中溶質的質量分數=×100%，溶質是硫酸亞鐵，可根據鐵的質量求出，反應后溶液的質量=鐵的質量+稀硫酸的質量-氫氣的質量．
（4）樣品中鐵元素的質量分數=×100%，樣品的質量已知，鐵元素的質量包括單質鐵的質量和鐵銹中鐵元素的質量，實驗中所測量的數據的目的就是要求出單質鐵的質量和鐵銹的質量．
點評：做化學計算題時有關反應前后減少的質量的計算比較多，因此學生一定要掌握規律，反應前后燒杯中總物質減少的質量一般為反應生成氣體的質量，反應前后固體減少的質量一般為固體中參加反應的物質的質量．