Question

一化學興趣小組對某生鐵樣品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】
測定某生鐵樣品中單質鐵的質量分數．
【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，一種是游離碳（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．
【實驗方案】
生鐵樣品與過量的稀硫酸反應，測定反應前后可稱量物質的質量差．
【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）實驗稱量時稱量物應放在托盤天平的

 

盤（選填“左”或“右”）；
（2）實驗過程中稀硫酸要過量的原因是

 

；
（3）經質檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%．假設沒有與硫酸反應的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質量分數為

 

．

Answer 1

分析：燒杯中減少的質量是生成氫氣的質量，根據鐵與稀硫酸反應的化學方程式可以計算出樣品中單質鐵的質量．進而計算出樣品中單質鐵的質量分數．
由樣品質量和樣品中鐵元素的質量分數，可以計算出樣品中鐵元素的總質量，去掉單質鐵的質量，就是沒有與稀硫酸反應的鐵元素的質量，根據物質中某元素的質量分數的計算公式可以計算出樣品中Fe₃C的質量，進而計算出樣品中Fe₃C的質量分數．

解答：解：生成氫氣的質量為102.4g+247.3g-348.7g=1g
設樣品中單質鐵的質量為x．
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x              1g

56

2

=

x

1g

，x=28g
樣品中單質鐵的質量分數為

28g

102.4g-70.4g

×100%=87.5%
稱量是物品放在天平的左盤，砝碼放在天平的右盤．
（3）設樣品質量為100g，則樣品中鐵元素的總質量為
100g×95.2%=95.2g．
鐵單質的質量為100g×87.5%=87.5g
樣品中Fe₃C的鐵元素質量為95.2g-87.5g=7.7g
7.7g÷（

56×3

180

×100%）=8.25g
樣品中Fe₃C的質量分數為

8.25g

100g

×100%=8.25%
答：生鐵樣品中單質鐵的質量分數為87.5%
（1）左；（2）確保生鐵樣品中鐵單質與稀硫酸完全反應；（3）8.25%．

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．