Question

某校化學興趣小組的同學準備對某生鐵樣品中鐵的含量進行探究．請你按要求幫助他們完成下列探究報告．
[提出問題]生鐵是純鐵嗎？若不是純鐵則該生鐵樣品中鐵單質的質量分數是多少？
[查閱資料]（1）生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳等元素．
（2）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、錳等存在形式較為復雜．
（3）含有硅、錳等元素的物質通常都不與稀硫酸發生化學反應．
[制定方案]使生鐵樣品與過量的稀硫酸反應，稱量反應前后物質的質量差．
[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]通過對以上數據的分析和計算，該生鐵樣品中鐵單質的質量分數為

 

%．
[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）反應過程中可看到有氣泡冒出，溶液由無色變為淺綠色，由此得知反應一定生成了氫氣和

 

（寫名稱）．
（4）經質檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總質量分數為95.2%．對此有同學產生了疑問，請你幫他分析：

 

．
[實驗結論]經過以上探究，同學們知道了生鐵不是純鐵，實際上它屬于鐵的重要

 

．

Answer 1

分析：[數據處理]生鐵樣品中單質鐵與稀硫酸反應生成氫氣，而其它成分不能與稀硫酸發生反應，因此，反應前后燒杯和剩余物質的總質量的差即為反應產生氫氣的質量；利用氫氣的質量，根據反應的化學方程式，可計算參加反應鐵的質量及生鐵樣品中鐵單質鐵的質量分數；
[交流討論]（1）稱量時，根據“左物右碼”的原則稱量物應放在天平的左盤；
（2）只有生鐵中單質鐵完全反應時，由產生氫氣的質量計算所得鐵的質量才是正確的結果，因此，實驗中為確保單質鐵完全反應，需要加入過量的稀硫酸；
（3）含Fe²⁺離子的溶液為淺綠色溶液，由生鐵放入硫酸后觀察到溶液由無色變為淺綠色，可判斷溶液中含有硫酸亞鐵；
（4）樣品中鐵元素的總質量包括單質鐵的質量和化合物Fe₃C中鐵元素的質量；而生鐵樣品中鐵單質的質量則不包括生鐵中化合物Fe₃C中的鐵元素；
[實驗結論]生鐵和鋼都是鐵的合金，生鐵為含碳2%～4.3%的鐵合金．

解答：解：[數據處理]反應前后燒杯和剩余物質的總質量差即生成氫氣的質量=102.4g+247.3g-348.7g=1g；
設參加反應單質鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56            2
x             1g

56

x

=

2

1g

  x=28g
生鐵樣品中鐵單質的質量分數=

28g

102.4g-70.4g

×100%=87.5%
故答案為：87.5；
[交流討論]（1）使用天平稱量物品的質量時，要遵循左物右碼的使用原則，因此稱量物應放在天平的左盤；
故答案為：左；
（2）生鐵樣品中鐵單質的質量分數需要使單質與稀硫酸完全反應，為確保鐵完全反應可通過加入過量的稀硫酸進行控制；
故答案為：確保生鐵樣品中鐵單質與稀硫酸完全反應；
（3）鐵與稀硫酸發生置換反應，生成硫酸亞鐵和氫氣，硫酸亞鐵溶液呈淺綠色；
故答案為：硫酸亞鐵；
（4）根據資料：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）；生鐵樣品中鐵元素質量為單質鐵的質量與Fe₃C中鐵元素質量之和；所以，該樣品中鐵元素的總質量分數為95.2%大于樣品中鐵單質的質量分數87.5%；
故答案為：生鐵中的鐵元素除了以單質形式存在還以Fe₃C形式存在，所以鐵單質的質量分數會小于鐵元素的總質量分數；
[實驗結論]生鐵為含碳2%～4.3%的鐵合金，而非純次的單質鐵；
故答案為：合金．

點評：由于生鐵中鐵元素以游離鐵和化合鐵兩種形態存在，因而出現了生鐵中鐵單質的質量分數會小于鐵元素的總質量分數．