Question

【題目】某化學興趣小組欲測量碳鐵合金的含碳量，提出了如下三種實驗方案。

方案Ⅰ：含碳鐵合金粉末與濃硫酸在一定條件下反應，用下列裝置加持裝置省略既可檢驗產物中除外混合氣體的成分，又可通過測量的質量來計算合金的含碳量。

（1）合金與濃硫酸在一定條件下生成的反應中，做還原劑的物質時____（填化學式）。

（2）為實現實驗目的，上述儀器正確的連接順序按氣流方向為：混合氣體→____→____→______→（a）（b）→_____→_______→（k）（l）。

（3）裝置E中所裝藥品為 ______ 填字母序號；在本實驗中的作用是 ______ 。

A 堿石灰 B 無水氯化鈣 C 濃硫酸

（4）若能觀察到 ______ 的現象，則證明原混合氣體中一定含有。

（5）實驗后最終測量的含碳量偏低，某同學猜測混合氣體中有可能含有CO，在G后增加一個裝置即可驗證他的猜測，請簡要說明驗證這個猜測所需裝置及藥品和具體實驗現象 ______ 。

方案Ⅱ：稱取粉末狀樣品，加入某濃度的稀硫酸100mL，充分反應后，收集到標準狀況下氣體，然后繼續往樣品中加入同濃度的稀硫酸100mL，充分反應后又收集到標準狀況下氣體1.12L。則合金中碳的質量分數為 ______（保留三位有效數字）。

方案Ⅲ：利用灼燒法使合金中的碳轉化為二氧化碳，合金質量會減輕從而計算含碳量，但是他們將一定量的樣品灼燒后，發現質量反而增加了，其原因是 ______ 。

Answer 1

【答案】C、Fe k l d c e f gh ji A 吸收二氧化碳 F裝置中黑色粉末變紅色，裝置G中的白色粉末變藍色 G裝置后加一個裝有澄清石灰水的洗氣瓶，澄清石灰水變渾濁說明混合氣體中有CO，澄清石灰水不變渾濁說明混合氣體中不含有CO 1.18% 灼燒時鐵和氧氣反應生成鐵的氧化物而使剩余固體質量增加，碳與氧氣反應放出的二氧化碳而使固體質量減小，但合金中含鐵多碳少

【解析】

方案Ⅰ、（1）合金是含碳鐵合金，在濃硫酸中碳和鐵都可以在加熱條件下發生反應，被濃硫酸氧化，碳做還原劑被氧化為二氧化碳，鐵做還原劑被氧化為鐵鹽,故答案為：C、Fe；

（2）含碳鐵合金粉末與濃硫酸在一定條件下反應生成產物有二氧化硫、二氧化碳、水蒸氣，隨反應進行濃硫酸變稀后，鐵和稀硫酸反應生成氫氣，則混合氣體主要是二氧化碳、二氧化硫、氫氣、水蒸氣，則依據實驗需求設計連接裝置，應把得到的混合氣體先通過裝置G檢驗生成的水蒸氣，硫酸銅變藍證明水生成，通過裝置B中品紅褪色檢驗二氧化硫的存在，通過裝置C中高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，減少后續實驗影響，通過裝置A中濃硫酸除去氣體中的水蒸氣，通過裝置E中堿石灰吸收氣體中二氧化碳，稱量質量變化計算生成的二氧化碳氣體，再通過裝置F和G檢驗是否有氫氣生成，因此為實現實驗目的，上述儀器正確的連接順序為：kl→dc→ef→ab→gh→ji→kl；

（3）根據上述分析可知裝置E中所裝藥品堿石灰吸收二氧化碳氣體，用于稱量吸收前后質量變化計算二氧化碳質量，故答案為：A；吸收二氧化碳；

（4）若證明含有氫氣，可以利用裝置F中氧化銅被氫氣還原為紅色銅，裝置G中無水硫酸銅變藍色是生成水，證明是氫氣還原氧化銅生成的水蒸氣，故答案為：F裝置中黑色粉末變紅色，裝置G中的白色粉末變藍色；

（5）驗證混合氣體中是否可能含有CO，利用F裝置中，一氧化碳還原氧化銅生成二氧化碳，在G裝置后連接裝有澄清石灰水的洗氣瓶就行檢驗，若變渾濁證明有一氧化碳，否則不含有，故答案為：G裝置后加一個裝有澄清石灰水的洗氣瓶，澄清石灰水變渾濁說明混合氣體中有CO，澄清石灰水不變渾濁說明混合氣體中不含有CO；

方案Ⅱ、Fe完全反應生成氫氣體積，生成氫氣總物質的量，根據電子轉移守恒，，故，，碳的質量，故該生鐵樣品中碳的質量分數，故答案為：；

方案Ⅲ、灼燒時，鐵與氧氣反應生成鐵的氧化物而使剩余固體質量增加，碳與氧氣反應放出二氧化碳而使剩余固體質量減少，但合金中含有較多的鐵而只含少量的碳，因此將一定量的樣品灼燒后，發現質量反而增加了，故答案為：灼燒時鐵和氧氣反應生成鐵的氧化物而使剩余固體質量增加，碳與氧氣反應放出的二氧化碳而使固體質量減小，但合金中含鐵多碳少。