Question

為探究某鐵碳合金與濃硫酸在加熱條件下的反應(yīng)的部分產(chǎn)物并測(cè)定鐵碳合金中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某化學(xué)活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，并完成以下實(shí)驗(yàn)探究．

（1）往圓底燒瓶中加入m g鐵碳合金，并滴入過(guò)量濃硫酸，未點(diǎn)燃酒精燈前，A、B均無(wú)明顯現(xiàn)象，其原因是：①常溫下，F(xiàn)e在濃硫酸中鈍化；②

 

．
（2）反應(yīng)一段時(shí)間后，從A中逸出氣體的速率仍然較快，除因反應(yīng)溫度較高外，還可能的原因是

 

．
（3）裝置B的作用是

 

．
（4）甲同學(xué)觀察到裝置C中有白色沉淀生成，他得出了使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳．裝置A中能產(chǎn)生二氧化碳的化學(xué)方程式為

 

．
（5）乙同學(xué)認(rèn)為甲同學(xué)的結(jié)論是錯(cuò)誤的，他認(rèn)為為了確認(rèn)二氧化碳的存在，需在裝置B-C之間添加裝置M．裝置E、F中盛放的試劑分別是

 

、

 

．重新實(shí)驗(yàn)后觀察到裝置F中的現(xiàn)象是

 

．
（6）有些同學(xué)認(rèn)為合金中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可用KMnO₄溶液來(lái)測(cè)定．
（5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．測(cè)定鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
Ⅰ．往燒瓶A中加入過(guò)量的還原劑使溶液中的Fe³⁺完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，過(guò)濾，得到濾液B；
Ⅱ．將濾液B稀釋為250mL；
Ⅲ．取稀釋液25.00mL，用濃度為c mol?L^-1的酸性KMnO₄溶液滴定，三次滴定實(shí)驗(yàn)所需KMnO₄溶液體積的平均值為V mL．
①步驟Ⅱ中，將濾液B稀釋為250mL需要用到的玻璃儀器除燒杯、玻璃棒、膠頭滴管外，還必須要用到的是

 

；
②滴定過(guò)程中

 

（填“需要”或“不需要”）加入指示劑，如需要，應(yīng)加入的指示劑是

 

．
③鐵碳合金中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),濃硫酸的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）常溫下，鐵和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象，C和濃硫酸不反應(yīng)，但在加熱條件下C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
（2）影響反應(yīng)速率的外界因素有：濃度、溫度、催化劑等，構(gòu)成原電池負(fù)極的金屬加速被腐蝕；
（3）二氧化硫具有漂白性，能使品紅溶液褪色；
（4）加熱條件下，C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CO₂、SO₂和H₂O，根據(jù)反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件書(shū)寫(xiě)方程式；
（5）SO₂也能使澄清石灰水變渾濁，用澄清石灰水檢驗(yàn)CO₂之前要除去SO₂，防止對(duì)CO₂造成干擾；
（6）①配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液還需要容量瓶；
②Fe²⁺和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，高錳酸鉀溶液有顏色、生成的錳離子無(wú)色，所以有明顯的顏色變化，不需要指示劑；
③根據(jù)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O中5Fe²⁺---MnO₄^-計(jì)算亞鐵離子的物質(zhì)的量，再根據(jù)Fe原子守恒計(jì)算Fe的質(zhì)量，質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

鐵的質(zhì)量

鐵、碳質(zhì)量

×100%．

解答： 解：（1）在加熱條件下C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，常溫下，鐵和濃硫酸發(fā)生鈍化現(xiàn)象，C和濃硫酸不反應(yīng)，所以在未點(diǎn)燃酒精燈前A、B均未產(chǎn)生現(xiàn)象，
故答案為：常溫下碳與濃硫酸不反應(yīng)；
（2）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液濃度減小，速率應(yīng)該減小，但實(shí)際上增加，作原電池負(fù)極的金屬加速被腐蝕，所以速率加快的原因可能是C、Fe和酸構(gòu)成原電池，從而加速反應(yīng)速率，故答案為：鐵、碳在酸溶液中形成原電池；
（3）SO₂能和有色物質(zhì)反應(yīng)生成無(wú)色物質(zhì)而具有漂白性，SO₂能使品紅溶液褪色，所以B可以檢驗(yàn)SO₂的存在，故答案為：檢驗(yàn)SO₂的存在；
（4）加熱條件下，C和濃硫酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成CO₂、SO₂和H₂O，反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（5）SO₂也能使澄清石灰水變渾濁，用澄清石灰水檢驗(yàn)CO₂之前要除去SO₂，防止對(duì)CO₂造成干擾，所以在B-C之間增加裝置酸性高錳酸鉀溶液或溴水和品紅溶液，酸性高錳酸鉀或溴水是吸收二氧化硫、品紅溶液是檢驗(yàn)二氧化硫是否除盡，如果二氧化硫完全被吸收，則F中溶液不褪色或無(wú)明顯現(xiàn)象，
故答案為：酸性KMnO₄溶液或溴水（或其他合理答案）；品紅溶液；品紅溶液不褪色或無(wú)明顯現(xiàn)象；
（6）①配制該溶液還需要容量瓶250mL容量瓶，故答案為：250mL容量瓶；
②Fe²⁺和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使溶液褪色，高錳酸鉀溶液有顏色、生成的錳離子無(wú)色，所以有明顯的顏色變化，所以不需要未加指示劑，故答案為：不需要；
 ③設(shè)參加反應(yīng)的亞鐵離子的物質(zhì)的量為x，
根據(jù)5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O中5Fe²⁺---MnO₄^-，
5Fe²⁺---MnO₄^-
5mol   1mol
x     0.001cVmol
5mol：1mol=x：0.001cVmol
x=

5mol×0.001cVmol

1mol

=0.005cVmol，
則250mL濾液中n（Fe²⁺）=0.005cVmol×10=0.05cVmol，
根據(jù)Fe原子守恒得n（Fe）=（Fe²⁺）=0.05cVmol，
m（Fe）=0.05cVmol×56g/mol=2.8cVg
Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

2.8cVg

mg

×100%=

280cV

m

%，
故答案為：

280cV

m

%．

點(diǎn)評(píng)：本題以濃硫酸和Fe、C反應(yīng)為載體考查性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，還涉及氧化還原反應(yīng)、物質(zhì)含量的測(cè)定、儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)基本操作等知識(shí)點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，熟悉流程中各個(gè)裝置發(fā)生的反應(yīng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，注意二氧化硫和二氧化碳檢驗(yàn)順序，為易錯(cuò)點(diǎn)．