Question

現有某鐵炭合金，某化學興趣小組為了測定鐵炭合金中鐵的質量分數，并探究濃硫酸的某些性質，設計了下圖所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略），請你參與此項活動并回答相應問題．（由實驗裝置引起的實驗誤差忽略不計）．

Ⅰ．探究濃硫酸的某些性質：
（1）稱量E的質量；按照圖示連接裝置，并檢查裝置的氣密性．
（2）將mg鐵炭合金樣品放入A中，再加入足量的濃硫酸．未點燃酒精燈前，A、B中均無明顯現象，其原因是

常溫下，Fe在濃硫酸中鈍化；常溫下，碳不與濃硫酸反應

．
點燃酒精燈一段時間后，B中（所裝試劑為品紅溶液）可觀察到的明顯現象是

品紅溶液褪色

、

品紅溶液褪色

．
C中（所裝試劑為足量酸性KMnO₄溶液）發生反應的化學方程式為

5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄

．D中盛放的試劑是

濃硫酸

．
（3）反應一段時間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因反應溫度較高外，還有一種可能的原因是

鐵碳在酸溶液中形成原電池

．
Ⅱ．測定鐵的質量分數：
（4）待A中不再逸出氣體時（此時A中無固體剩余），停止加熱，拆下E（所裝試劑為足量堿石灰）并稱重，E增重bg，則鐵碳合金中鐵的質量分數為

11m-3b

11m

×100%

、

m- 3 11 b

m

×100%

（寫表達式，裝置中殘留的氣體忽略不計）．某同學認為：依據此實驗測得的數據，計算出的合金中鐵的質量分數可能會偏低，你認為可能的原因是

空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大

．
（5）經過大家的討論，決定采用下圖裝置（干燥管中試劑為無水氯化鈣，錐形瓶中為mg鐵炭合金和足量稀硫酸．）和其他常用實驗儀器測定某些數據即可．為了快速測算出鐵的質量分數，最簡便的實驗操作是

③

、

③

（填寫代號）．
①用排水法測定H₂的體積
②反應結束后，過濾、洗滌、干燥、稱量殘渣的質量
③測定反應前后裝置和藥品的總質量．

Answer 1

分析：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；二氧化硫能使品紅溶液褪色能使酸性KMnO₄溶液褪色；濃硫酸作干燥劑；
（3）原電池能加快化學反應速率；
（4）根據mg鐵碳合金，加入過量濃硫酸，E增重bg，則生成二氧化碳的質量為bg，根據質量守恒定律，則可求出mg鐵碳合金中含碳元素的質量進而求出鐵的質量分數，E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大；
（5）因為鐵炭合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質量的減少量即為氫氣的生成量．

解答：解：（2）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應，故無明顯現象，二氧化硫能使品紅溶液褪色能使酸性KMnO₄溶液褪色，濃硫酸作干燥劑．故答案為：常溫下，Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；品紅溶液褪色；品紅溶液褪色；5SO₂+2KMnO₄+2H₂O=K₂SO₄+2MnSO₄+2H₂SO₄ ；濃硫酸；
（3）鐵碳在酸溶液中形成原電池，原電池能加快化學反應速率，故答案為：鐵碳在酸溶液中形成原電池；
（4）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bg，則生成二氧化碳的質量為bg，根據質量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質量為

12b

44

=

3b

11

g，則含鐵的質量為mg-

3b

11

g，鐵的質量分數為

11m-3b

11m

×100%（或

m- 3 11 b

m

×100%），E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使b增大，
故答案為：

11m-3b

11m

×100%（或

m- 3 11 b

m

×100%），空氣中CO₂、H₂O進入E管使b增大；
（5）因為鐵炭合金中的鐵可以與稀硫酸反應生成氫氣，瓶總質量的減少量即為氫氣的生成量，而鐵的質量可以通過釋放氫氣的質量求出，
故答案為：③．

點評：本題考查濃硫酸的性質及實驗，熟悉裝置及裝置中每部分的作用是解答本題的關鍵，難度適中．