Question

現有鐵、碳兩種元素組成的合金，某實驗小組為了研究該合金的性質并測定該合金中碳的質量分數，設計了如下實驗方案和實驗裝置：
Ⅰ．探究該合金的某些性質：
（1）取a g合金粉末放入蒸餾燒瓶，并加入足量濃硫酸，A、B中均無明顯現象，原因是

 

．
（2）點燃酒精燈一段時間后，A中劇烈反應，請寫出A中反應的化學方程式：

 

．
（3）在盛有BaCl₂溶液的C試管中，除了導管口有氣泡外，無其他明顯現象，若將其分成兩份，分別滴加下列溶液，將產生沉淀的化學式填入下表相應的位置．

滴加的溶液	氯水	氨水
沉淀的化學式

Ⅱ．測定樣品中碳的質量分數：
（4）裝置F的作用是

 

．
（5）反應結束后，若U形管E增重m g，則合金中碳的質量分數為

 

（用含m和a的式子表示）．若沒有裝置D，會使合金中碳的質量分數

 

 （填偏高、偏低、無影響）
（6）若將SO₂氣體通入含有n mol Na₂S的溶液中，溶液中出現黃色渾濁，試分析該溶液最多能吸收SO₂氣體

 

mol（不考慮溶解的SO₂）．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗探究和數據處理題

分析：（1）常溫下鐵在濃硫酸中鈍化；
（2）鐵、碳與濃硫酸在加熱條件下才能反應；
（3）二氧化硫具有還原性，能被氯氣氧化為硫酸根離子；氨水沒有強氧化性，不能氧化二氧化硫，據此回答；
（4）裝置F盛有堿石灰，可以吸收空氣中的水蒸氣和CO₂；
（5）堿石灰增加的質量可以確定反應中產生的二氧化碳的質量，根據實驗原理結合元素守恒來計算；
（5）根據氧化還原反應分析計算．

解答： 解：鐵和碳單質均可以和濃硫酸反應生成二氧化碳、二氧化硫，二氧化硫的檢驗可以用品紅，吸收可以用高猛酸鉀，將產生的二氧化碳用濃硫酸干燥，通入堿石灰，根據堿石灰增加的質量可以確定二氧化碳的質量，根據C元素守恒，可以計算碳單質的質量，進而計算碳的質量分數；
（1）往A中滴加足量的濃硫酸，未點燃酒精燈前，A、B均無明顯現象，常溫下鐵在濃硫酸中鈍化，碳和濃硫酸在加熱條件下才能反應；
故答案為：常溫下Fe在濃硫酸中鈍化，碳不與濃硫酸反應；
（2）點燃酒精燈一段時間后，A中劇烈反應，Fe、C都與濃硫酸反應，化學方程式為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O、C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
故答案為：2Fe+6H₂SO₄（濃）

△   .

Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O、C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（3）二氧化硫具有還原性，在盛有BaCl₂溶液的C試管中，通入氯水，二氧化硫能被氧化為硫酸根離子，生成BaSO₄；氨水沒有強氧化性，不能氧化二氧化硫，生成BaSO₄；
故答案為：BaSO₄、BaSO₃；
（4）裝置F防止外界空氣中CO₂、水蒸氣進入E管，造成誤差；故答案為：防止空氣中的水蒸氣和CO₂進入E，減少實驗誤差；
（5）堿石灰增加的質量可以確定反應中產生的二氧化碳的質量，E增重m g，即生成二氧化碳的質量是mg，根據碳元素守恒，所以混合物中含有碳單質的物質的量是

mg

44g/mol

mol，所以鐵碳合金中碳的質量分數為

12m

44a

×100%=

3m

11a

×100%；若沒有裝置D，水蒸氣會進入U形管，會使合金中碳的質量分數偏高，
故答案為：

3m

11a

×100、偏高；
（6）SO₂氣體通入含有n mol Na₂S的溶液中，溶液中出現黃色渾濁，根據溶液最多能吸收SO₂，生成NaHSO₃和S；
發(fā)生反應：5SO₂+2Na₂S+2H₂O=3S↓+4NaHSO₃
          5     2
      2.5nmol   nmol
故答案為：2.5n．

點評：本題考查了物質性質的探究實驗方法，裝置的特征分析，流程反應和試劑作用是解題關鍵，題目難度中等．