Question

现有某铁碳合金（铁和碳两种单质的混合物），某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了下图所示的实验装置（夹持仪器已省略）和实验方案进行实验探究。

I  测定铁的质量分数：（1）检查上述装置气密性的一种方法是：关闭分液漏斗的活塞，在E装置后面连上一根导管，然后_____________________________________________，则证明装置的气密性良好。

（2）称量E的质量，并将a g铁碳合金样品放入装置A中，再加入足量的浓硫酸，待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E并称重，E增重b g。铁碳合金中铁的质量分数为______________________（写表达式）。

（3）装置C的作用______________________________________________。

（4）甲同学认为，依据此实验测得的数据，计算合金中铁的质量分数可能会偏低，原因是空气中CO₂、水蒸气进入E管使b增大。你认为改进的方法是_______________________。

（5）乙同学认为，即使甲同学认为的偏差得到改进，依据此实验测得合金中铁的质量分数也可能会偏高。你认为其中的原因是__________________________________________。

Ⅱ  探究浓硫酸的某些性质：

（6）往A中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，其原因是：_______________________________________________________。

（7）A中铁与浓硫酸发生反应的化学方程式是_________________________________。

Answer

（1）把导管放入盛有水的水槽中，微热烧瓶，如果导管口有气泡产生，停止加热后导管产生一段水柱

（2）×100%

（3）除去CO2中的SO2

（4）空气中CO2、H2O进入E管使b增大

（5）空气中CO2、H2O进入E管使b增大；反应产生的CO2气体未能完全排到装置E中，导致b偏低

（6）常温下，Fe被浓H2SO4钝化，碳不与浓H2SO4反应

（7）2Fe+6H2SO4（浓）Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O

【解析】

试题分析：在装置A中发生Fe和C与浓硫酸的反应，产生CO2、SO2和铁的氧化物，装置B检验SO2，装置C吸收SO2，装置D干燥气体的，装置E是吸收CO2的，E增重的质量b是CO2的质量．

（1）关闭分液漏斗的活塞，在E装置后面连上一根导管，然后把导管放入盛有水的水槽中，微热烧瓶，如果导管口有气泡产生，停止加热后导管产生一段水柱；

（2）称取mg铁碳合金，加入过量浓硫酸，加热待A中不再逸出气体时，停止加热，拆下E装置并称重，E增重bg，则生成二氧化碳的质量为bg，根据质量守恒定律，则mg铁碳合金中含碳元素的质量为g=g，则含铁的质量为ag-g，铁的质量分数为×100%；

（3）装置C是利用高锰酸钾溶液的强氧化性吸收二氧化硫，5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4，所以装置C的作用是除去CO2中的SO2；

（4）空气中CO2、H2O进入E管使b增大，则求出的二氧化碳的质量偏大，即碳的质量偏大，所以铁的质量偏小，铁的质量分数偏小；

（5）E中所装试剂为碱石灰，可吸收空气中CO2、H2O使b增大，改进的方法是增加一个盛碱石灰的干燥管防止空气中的二氧化碳和水进入；装置中生成的二氧化碳不能全部被碱石灰吸收会导致b偏低；

（6）往A中滴加足量的浓硫酸，未点燃酒精灯前，A、B均无明显现象，常温下铁在浓硫酸中钝化，碳和浓硫酸在加热条件下才能反应；

（7）铁和过量浓硫酸加热反应生成硫酸铁、二氧化硫和水，反应的化学方程式为：2Fe+6H2SO4（浓）Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O。

【考点定位】考查有关浓硫酸、铁、碳等物质性质的探究实验

【名师点晴】侧重考查了实验方法、装置的特征分析，流程反应和试剂作用是解题关键；由实验装置图1可知，装置A中浓硫酸和铁、碳在加热的条件下反应生成了二氧化碳和二氧化硫，装置B品红溶液是检验二氧化硫气体的，装置C足量的高锰酸钾溶液是除掉二氧化硫的，装置D是用于干燥二氧化碳气体，最后得到干燥的二氧化碳被实验装置E中足量的碱石灰吸收。