Question

某化學興趣小組想對某次高爐煉鐵得到的生鐵中鐵的質量分數進行探究，請按要求完成下列探究報告．
實驗目的：
測定生鐵中鐵的質量分數．
資料支撐：
生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素．碳在生鐵中以兩種形態存在：一種是單質碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳、磷、硫存在形式較為復雜；這些物質通常都不與稀硫酸發生化學反應．
設計思路：
要測定生鐵中鐵的質量分數，必須先通過實驗測定并計算鐵的質量，基本思路是______．
實驗過程：
①取一只燒杯，稱得其質量為70.4g，加入一定量生鐵的樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質量為102.4g；
②向盛有生鐵樣品的燒杯中加入稀硫酸，邊加邊攪拌，直到燒杯中不再產生氣泡，再加入少量稀硫酸以確保過量，測得共用去稀硫酸247.3g；
③靜置，稱量．稱得燒杯和剩余物質的總質量為348.7g．
數據處理：計算該生鐵樣品中單質鐵的質量分數是多少？（寫出計算過程）
交流討論：
（1）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是：______；
（2）經質檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%．假設沒有與稀硫酸反應的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質量為______（計算結果保留一位小數）；
（3）該小組的同學還查閱到：一氧化碳具有可燃性，點燃一氧化碳與空氣的混合物有可能爆炸．他們按下表中的體積比收集四瓶一氧化碳和空氣的混合氣，并點火實驗，結果列于下表中：

V（CO）：V（空氣）	3：7	5：5	7：3	8：2
點火處理	炸	炸	炸	不炸

①由上述實驗可知，CO在空氣混合氣中的爆炸極限（體積分數）約為12.5%～______；
②由此我們得到啟示：在點燃或加熱一氧化碳前，一定要先______；
③一氧化碳還可用于煉鐵，請寫出一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式：______．

Answer 1

設計思路：要測定生鐵中鐵的質量分數，可根據鐵能和酸反應生成氫氣，其他雜質和酸不反應，可根據氫氣的質量計算出鐵的質量，進而算出質量分數．故答案為：將生鐵樣品與過量稀硫酸反應，并測定反應前后燒杯和燒杯內物質的質量差得出氫氣的質量，再計算出鐵的質量；
數據處理：
氫氣的質量=102.4g+247.3g-348.7g=1g
設鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56              2
x               1g

56

2

=

x

1g

x=28g
鐵的質量分數=28g/（102.4g-70.4g）×100%=87.5%
答：生鐵樣品中單質鐵的質量分數是87.5%；
交流討論：（1）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是保證將單質鐵全部反應，使后面的實驗結果更精確；
（2）生鐵的樣品的質量為102.4g-70.4g=32g，該樣品中鐵元素的總含量為32g×95.2%=30.464g，其中純鐵的質量為32g×87.5%=28g，則樣品中Fe₃C的質量為（30.464g-28g）÷

56×3

56×3+12

=2.6g；
（3）①由上述實驗可知，V（CO）：V（空氣）=8：2時不爆炸，故CO在空氣混合氣中的爆炸極限的上限為 80%；
②在點燃或加熱一氧化碳前，一定要先檢驗氣體的純度，防止發生爆炸；
③一氧化碳與氧化鐵反應的化學方程式：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂．
故答案為：（1）保證將單質鐵全部反應
（2）2.6g
（3）①80%   ②驗純   ③Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂