Question

【題目】現有某鐵碳合金(可以看作鐵和碳兩種單質的混合物)，化某學興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質，設計了如圖所示的實驗裝置(夾持儀器已省略)和實驗方案進行實驗探究。

請回答下列問題：

(1)儀器 a 的名稱是________________。

(2)連接好裝置后，首先應進行的操作是 _____________

(3)向儀器a中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B、C三裝置中均無明顯現象，其原因是___________、_______________ 。

(4)儀器a中鐵與濃硫酸發生反應的化學方程式是____________ 。

(5)裝置C中發生的反應中，SO2體現_________性。

(6)實驗開始前，甲同學稱量裝置 E 的質量，并將m g鐵碳合金樣品放入儀器 a 中，再加入足量的濃硫酸，待儀器a中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下裝置E并稱重，裝置E增重n g。據此甲同學計算鐵碳合金中鐵的質量分數為________________(寫表達式)。

(7)乙同學認為，依據此實驗測得的數據，計算得到的鐵碳合金中鐵的質量分數可能會偏低，原因是空氣中的CO2、H2O進入裝置E中使n增大。你認為改進的方法是_____________。

(8)丙同學認為 ，即使乙同學認為的偏差得到改進 ，依據此實驗測得的鐵碳合金中鐵的質量分數也可能仍會有誤差。 你認為其中的原因是_____。

Answer 1

【答案】蒸餾燒瓶 檢驗裝置氣密性 常溫下鐵與濃硫酸發生鈍化 常溫下碳不與濃硫酸反應 2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 還原 (1-)×100% 在裝置E后增加一個相同的裝置 產生的CO2不能完全排入裝置E中

【解析】

為了測定鐵碳合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質，向鐵碳合金中加入濃硫酸，加熱后，鐵與濃硫酸反應生成二氧化硫，碳與濃硫酸反應生成二氧化硫和二氧化碳，品紅溶液檢驗二氧化硫的存在，酸性高錳酸鉀與二氧化硫反應除去二氧化硫，濃硫酸干燥二氧化碳氣體，足量堿石灰與二氧化碳反應吸收二氧化碳，通過二氧化碳的量，求出合金中碳的含量，進而求出鐵的含量。

(1)根據儀器a的形狀可知，儀器a為蒸餾燒瓶。

(2)反應裝置要測量生成二氧化碳的量，為提高實驗數據的準確性，連接好裝置后，首先應進行的操作是檢查裝置的氣密性。

(3)往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，是因為常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應。

(4)鐵和過量濃硫酸加熱反應生成硫酸鐵、二氧化硫和水，反應的化學方程式為：2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O。

(5)裝置C是利用高錳酸鉀溶液的強氧化性吸收二氧化硫，5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4，體現二氧化硫的還原性。

(6)稱取mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，加熱待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E裝置并稱重，E增重ng，則生成二氧化碳的質量為ng，根據質量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質量為g=g，則含鐵的質量為mg-g，鐵的質量分數為(1-)×100%。

(7)E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO2、H2O使n增大，改進的方法是在裝置E后增加一個盛堿石灰的干燥管防止空氣中的二氧化碳和水進入。

(8)裝置中生成的二氧化碳不能全部被堿石灰吸收，會導致測定的鐵碳合金中鐵的質量分數存在誤差。