Question

11．某學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)了圖示實(shí)驗(yàn)裝置（省略了夾持儀器）來(lái)測(cè)定某鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（1）稱(chēng)取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸，未點(diǎn)燃酒精燈前，A、B均無(wú)明顯現(xiàn)象，其原因是：
①常溫下碳與濃硫酸不反應(yīng)；②常溫下Fe遇濃硫酸發(fā)生鈍化．
（2）寫(xiě)出加熱時(shí)A中碳與濃硫酸發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
（3）B中的現(xiàn)象是：品紅溶液褪色；C的作用是：除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體．
（4）如果利用球形干燥管反應(yīng)前后質(zhì)量的變化來(lái)測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，甲同學(xué)認(rèn)為結(jié)果可能偏大，理由是裝置內(nèi)的CO₂難以被E完全吸收；也可能偏小，理由是空氣中的CO₂和水被堿石灰吸收．
（5）乙同學(xué)認(rèn)為可以用燒瓶里反應(yīng)后的溶液經(jīng)過(guò)一系列操作來(lái)測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：加入足量的NaOH溶液、過(guò)濾、洗滌、在空氣中灼燒、稱(chēng)重．洗滌應(yīng)該在過(guò)濾裝置中進(jìn)行；檢查是否洗凈，需要用到的試劑是BaCl₂溶液．一系列操作后所得固體為a g，則合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{70a}{w}$%．
（6）丙同學(xué)認(rèn)為可以用中和滴定的方法來(lái)測(cè)定鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：將反應(yīng)后燒瓶里的溶液轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，加入0.1000mol/L氫氧化鈉溶液30.00mL，反應(yīng)完全后，加2滴甲基橙溶液，過(guò)量的氫氧化鈉用0.1000mol/L鹽酸滴定至終點(diǎn)，耗用鹽酸20.10mL．
①把標(biāo)準(zhǔn)鹽酸注入潤(rùn)洗過(guò)的紅色手柄滴定管后，應(yīng)該打開(kāi)活塞，使尖嘴部分充滿溶液并排出氣泡，并使液面位于零刻度或零刻度以下位置，記錄讀數(shù)．
②從物質(zhì)性質(zhì)的角度分析，該方法即使操作規(guī)范，也有很大的誤差，其實(shí)屬于“方法錯(cuò)誤”，理由是因?yàn)槿芤褐锌赡芡瑫r(shí)有+3價(jià)和+2價(jià)的鐵，無(wú)法計(jì)量，不能用甲基橙，因?yàn)樗嵝原h(huán)境，可能造成沉淀溶解．

Answer 1

分析 由裝置圖可知，該實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)測(cè)定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量，再計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故二氧化硫會(huì)影響二氧化碳的測(cè)定，進(jìn)入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下碳與濃硫酸不反應(yīng)，鐵在濃硫酸中發(fā)生鈍化現(xiàn)象；
（2）碳與濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫、二氧化碳、水；
（3）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使品紅溶液褪色；二氧化硫存在會(huì)影響二氧化碳的質(zhì)量測(cè)定，C裝置的作用為除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體；
（4）裝置內(nèi)殘留部分二氧化碳，未能被裝置E完全吸收，導(dǎo)致測(cè)量的二氧化碳的質(zhì)量偏小，即合金中碳元素的質(zhì)量偏小，如果堿石灰吸收了空氣中的二氧化碳和水，則導(dǎo)致測(cè)量的二氧化碳的質(zhì)量偏大，即合金中碳元素的質(zhì)量偏大；
（5）稱(chēng)取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵，加入足量的NaOH溶液，過(guò)濾洗滌干燥，灼燒至恒重，稱(chēng)量得到氧化鐵的質(zhì)量ag，結(jié)合元素守恒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；洗滌應(yīng)該在過(guò)濾裝置中進(jìn)行；檢查是否洗凈，需要用到的試劑是氯化鋇溶液檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子；
（6）①依據(jù)滴定管使用方法和基本操作回答；
②溶液中可能同時(shí)有+3價(jià)和+2價(jià)的鐵，無(wú)法計(jì)量，甲基橙變色范圍是3.1--4.4屬于酸性溶液，可能溶解沉淀．

解答 解：由裝置圖可知，該實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)測(cè)定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計(jì)算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算鐵的質(zhì)量，再計(jì)算合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故二氧化硫會(huì)影響二氧化碳的測(cè)定，進(jìn)入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下，鐵與濃硫酸反應(yīng)生成一層致密的氧化物保護(hù)膜，阻止內(nèi)金屬繼續(xù)與濃硫酸反應(yīng)，發(fā)生鈍化現(xiàn)象，
故答案為：常溫下Fe遇濃硫酸發(fā)生鈍化；
（2）碳與濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫、二氧化碳、水，反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使品紅溶液褪色；C裝置的作用為除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體，防止影響二氧化碳的質(zhì)量測(cè)定，
故答案為：品紅溶液褪色；除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體；
（4）裝置內(nèi)殘留部分二氧化碳，未能被裝置E完全吸收，導(dǎo)致測(cè)量的二氧化碳的質(zhì)量偏小，即合金中碳元素的質(zhì)量偏小，鐵元素的質(zhì)量偏大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，也可能偏小是因?yàn)榭諝庵械腃O₂和水被堿石灰吸收，則導(dǎo)致測(cè)量的二氧化碳的質(zhì)量偏大，即合金中碳元素的質(zhì)量偏大，鐵元素的質(zhì)量偏小，質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏�。�
故答案為：裝置內(nèi)的CO₂難以被E完全吸收；空氣中的CO₂和水被堿石灰吸收；
（5）稱(chēng)取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵，加入足量的NaOH溶液，過(guò)濾洗滌干燥，灼燒至恒重，稱(chēng)量得到氧化鐵的質(zhì)量ag，結(jié)合元素守恒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算；洗滌應(yīng)該在過(guò)濾裝置中進(jìn)行；檢查是否洗凈，需要用到的試劑是氯化鋇溶液檢驗(yàn)是否含有硫酸根離子；
合金中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{ag}{160g/mol}×2×56g}{wg}$×100%=$\frac{70a}{w}$%；
故答案為：過(guò)濾、灼燒；BaCl₂溶液；$\frac{70a}{w}$；
（6）①把標(biāo)準(zhǔn)鹽酸注入潤(rùn)洗過(guò)的紅色手柄滴定管后，應(yīng)該打開(kāi)活塞，尖嘴部分充滿溶液并排出氣泡，并使液面位于零刻度或零刻度以下位置，記錄讀數(shù)；
故答案為：尖嘴部分充滿溶液并排出氣泡；
②該方法即使操作規(guī)范，也有很大的誤差，屬于“方法錯(cuò)誤”的理由是：因?yàn)槿芤褐锌赡芡瑫r(shí)有+3價(jià)和+2價(jià)的鐵，無(wú)法計(jì)量；不能用甲基橙，因?yàn)樗嵝原h(huán)境，可能造成沉淀溶解；
故答案為：因?yàn)槿芤褐锌赡芡瑫r(shí)有+3價(jià)和+2價(jià)的鐵，無(wú)法計(jì)量，不能用甲基橙，因?yàn)樗嵝原h(huán)境，可能造成沉淀溶解．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成的分析判斷，實(shí)驗(yàn)探究方法，滴定實(shí)驗(yàn)故分析應(yīng)用，注意計(jì)算方法和基本操作的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．