Question

（2013?保定一模）某�；瘜W(xué)興趣小組設(shè)計了如下實驗裝置（圖中部分夾持儀器已略去）來測 定某鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，并探究鐵與濃硫酸的反應(yīng)．請回答下列問題：
（1）mg鐵碳合金中加入過量濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)彖，其原 因是①

常溫下Fe在濃硫酸中鈍化

②

碳不與濃硫酸反應(yīng)

（2）點燃酒精燈，可觀察到B中的現(xiàn)象是

品紅溶液褪色

C 的作用是

除去二氧化硫并檢驗二氧化硫以除盡

（3）待A中不再逸出氣體時，停止加熱，拆下E并稱重，E增重bg．則銖碳合金 中鐵的質(zhì)量分數(shù)為

1-

3b

11m

 （寫表達式）．
（4）興趣小組使用設(shè)計的如圖實驗裝置，操作正確，且每一個反應(yīng)均完全，仍然發(fā)現(xiàn)所測得的鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)偏低，其主要原因是

干燥管中的堿石灰能夠吸收空氣中CO₂、H₂O等

．
（5）若反應(yīng)一段時間后，用滴管吸取A中的溶液滴入到適量水中作為試樣，試樣中所含金屬離子的成分有以下三種可能：Ⅰ：只含有Fe³⁺；Ⅱ：只含有Fe²⁺；Ⅲ：

既有Fe²⁺，又有Fe³⁺

驗證Ⅲ的實驗方法是

既有Fe²⁺，又有Fe³⁺；取試樣少許與試管中，先滴加少量的硫氰化鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe³⁺；再取少許試樣與試管中，滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若淺紅色褪去，證明溶液中含有Fe²⁺

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)進行解答；
（2）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水，根據(jù)二氧化硫具有漂白性判斷使品紅溶液顏色變化；二氧化硫具有還原性，可以被酸性高錳酸鉀氧化二除去，根據(jù)顏色變化確定二氧化硫是否除盡；
（3）根據(jù)碳原子守恒計算出合金中含有碳的質(zhì)量，再計算出合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)；
（4）E中所裝試劑為堿石灰，可吸收空氣中CO₂、H₂O使測定二氧化碳的質(zhì)量增大；
（5）根據(jù)鐵與濃硫酸反應(yīng)，鐵可能被氧化成Fe³⁺或Fe²⁺完成假設(shè)Ⅲ；先使用硫氰化鉀檢驗鐵離子，然后使用高錳酸鉀溶液檢驗亞鐵離子．

解答：解：（1）常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應(yīng)，沒有二氧化硫生成，故A、B均無明顯現(xiàn)象，
故答案為：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化；碳不與濃硫酸反應(yīng)；
（2）加熱條件下，F(xiàn)e、碳都與濃硫酸反應(yīng)，碳與濃硫酸反應(yīng)生成二氧化硫、二氧化碳與水，反應(yīng)方程式為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，由于二氧化硫具有漂白性，所以B裝置中品紅溶液褪色；由裝置可知，實驗是通過測定E裝置堿石灰增重，測定二氧化碳的質(zhì)量，進而測定鐵的含量，堿石灰可以吸收二氧化硫，二氧化硫具有還原性，可以被酸性高錳酸鉀氧化二除去，根據(jù)顏色變化確定二氧化硫是否除盡，故C的作用是除去二氧化硫并檢驗二氧化硫以除盡，
故答案為：品紅溶液褪色；除去二氧化硫并檢驗二氧化硫以除盡；
（3）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(zhì)量為bg，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，則mg鐵碳合金中含碳元素的質(zhì)量為

bg

44g/mol

×12g/mol=

3b

11

g，則含鐵的質(zhì)量為mg-

3b

11

g，鐵的質(zhì)量分數(shù)為：

mg- 3b 11 g

mg

=1-

3b

11m

，
故答案為：1-

3b

11m

；
（4）由于裝置E中所裝試劑為堿石灰，堿石灰能夠吸收空氣中CO₂、H₂O等，使測定二氧化碳的質(zhì)量增大，測得的鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)偏低，
故答案為：干燥管中的堿石灰能夠吸收空氣中CO₂、H₂O等；
（5）鐵與濃硫酸反應(yīng)，鐵可能被氧化成Fe³⁺或Fe²⁺，試樣中所含金屬離子的成分有以下三種可能：只含有Fe³⁺；只含有Fe²⁺；既有Fe²⁺，又有Fe³⁺，
檢驗假設(shè)Ⅲ的方法為：取試樣少許與試管中，先滴加少量的硫氰化鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有鐵離子；再取少許試樣與試管中，滴加少量的酸性高錳酸鉀溶液，若淺紅色褪去，證明溶液中含有亞鐵離子，
故答案為：既有Fe²⁺，又有Fe³⁺；取試樣少許與試管中，先滴加少量的硫氰化鉀溶液，振蕩后溶液顯示紅色證明有Fe³⁺；再取少許試樣與試管中，滴加少量的酸性KMnO₄溶液，若淺紅色褪去，證明溶液中含有Fe²⁺．

點評：本題考查了探究物質(zhì)的組成方法、實驗方案的設(shè)計，題目難度較大，涉及了實驗方案的設(shè)計的評價、離子檢驗、鐵質(zhì)量分數(shù)的計算等知識，注意熟記常見物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實驗設(shè)計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現(xiàn)象，來驗證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，該類試題側(cè)重對學(xué)生實驗答題能力的培養(yǎng)和方法與技巧的指導(dǎo)和訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力和應(yīng)試能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．