Question

11．某學習小組設計了圖示實驗裝置（省略了夾持儀器）來測定某鐵碳合金中鐵的質量分數(shù)．
（1）稱取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現(xiàn)象，其原因是：
①常溫下碳與濃硫酸不反應；②常溫下Fe遇濃硫酸發(fā)生鈍化．
（2）寫出加熱時A中碳與濃硫酸發(fā)生反應的化學方程式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：除盡反應產(chǎn)物中的SO₂氣體．
（4）如果利用球形干燥管反應前后質量的變化來測定鐵的質量分數(shù)，甲同學認為結果可能偏大，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）乙同學認為可以用燒瓶里反應后的溶液經(jīng)過一系列操作來測定鐵的質量分數(shù)：加入足量的NaOH溶液、過濾、洗滌、在空氣中灼燒、稱重．洗滌應該在過濾裝置中進行；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，則合金中鐵的質量分數(shù)為$\frac{70a}{w}$%．
（6）丙同學認為可以用中和滴定的方法來測定鐵的質量分數(shù)：將反應后燒瓶里的溶液轉移至錐形瓶中，加入0.1000mol/L氫氧化鈉溶液30.00mL，反應完全后，加2滴甲基橙溶液，過量的氫氧化鈉用0.1000mol/L鹽酸滴定至終點，耗用鹽酸20.10mL．
①把標準鹽酸注入潤洗過的紅色手柄滴定管后，應該打開活塞，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從物質性質的角度分析，該方法即使操作規(guī)范，也有很大的誤差，其實屬于“方法錯誤”，理由是因為溶液中可能同時有+3價和+2價的鐵，無法計量，不能用甲基橙，因為酸性環(huán)境，可能造成沉淀溶解．

Answer 1

分析 由裝置圖可知，該實驗原理：通過測定干燥管E的質量增重確定二氧化碳的質量，根據(jù)二氧化碳的質量計算鐵碳合金中碳的質量，進而計算鐵的質量，再計算合金中鐵的質量分數(shù)．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下碳與濃硫酸不反應，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；二氧化硫存在會影響二氧化碳的質量測定，C裝置的作用為除盡反應產(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，導致測量的二氧化碳的質量偏小，即合金中碳元素的質量偏小，如果堿石灰吸收了空氣中的二氧化碳和水，則導致測量的二氧化碳的質量偏大，即合金中碳元素的質量偏大；
（5）稱取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸反應生成硫酸鐵，加入足量的NaOH溶液，過濾洗滌干燥，灼燒至恒重，稱量得到氧化鐵的質量ag，結合元素守恒和質量分數(shù)定義計算；洗滌應該在過濾裝置中進行；檢查是否洗凈，需要用到的試劑是氯化鋇溶液檢驗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溶液中可能同時有+3價和+2價的鐵，無法計量，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，該實驗原理：通過測定干燥管E的質量增重確定二氧化碳的質量，根據(jù)二氧化碳的質量計算鐵碳合金中碳的質量，進而計算鐵的質量，再計算合金中鐵的質量分數(shù)．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應除去二氧化硫、且干燥．
（1）常溫下，鐵與濃硫酸反應生成一層致密的氧化物保護膜，阻止內(nèi)金屬繼續(xù)與濃硫酸反應，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產(chǎn)物中的SO₂氣體，防止影響二氧化碳的質量測定，
故答案為：品紅溶液褪色；除盡反應產(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，導致測量的二氧化碳的質量偏小，即合金中碳元素的質量偏小，鐵元素的質量偏大，質量分數(shù)偏大，也可能偏小是因為空氣中的CO₂和水被堿石灰吸收，則導致測量的二氧化碳的質量偏大，即合金中碳元素的質量偏大，鐵元素的質量偏小，質量分數(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）稱取w g鐵碳合金，加入足量濃硫酸反應生成硫酸鐵，加入足量的NaOH溶液，過濾洗滌干燥，灼燒至恒重，稱量得到氧化鐵的質量ag，結合元素守恒和質量分數(shù)定義計算；洗滌應該在過濾裝置中進行；檢查是否洗凈，需要用到的試劑是氯化鋇溶液檢驗是否含有硫酸根離子；
合金中鐵的質量分數(shù)=$\frac{\frac{ag}{160g/mol}×2×56g}{wg}$×100%=$\frac{70a}{w}$%；
故答案為：過濾、灼燒；BaCl₂溶液；$\frac{70a}{w}$；
（6）①把標準鹽酸注入潤洗過的紅色手柄滴定管后，應該打開活塞，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“方法錯誤”的理由是：因為溶液中可能同時有+3價和+2價的鐵，無法計量；不能用甲基橙，因為酸性環(huán)境，可能造成沉淀溶解；
故答案為：因為溶液中可能同時有+3價和+2價的鐵，無法計量，不能用甲基橙，因為酸性環(huán)境，可能造成沉淀溶解．

點評 本題考查了物質組成的分析判斷，實驗探究方法，滴定實驗故分析應用，注意計算方法和基本操作的理解應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．