Question

12．某化學(xué)興趣小組欲測量碳鐵合金的含碳量，提出了如下三種實驗方案．
方案Ⅰ：含碳鐵合金粉末與濃硫酸在一定條件下反應(yīng)，用下列裝置（加持裝置省略）既可檢驗產(chǎn)物中除CO₂外混合氣體的成分，又可通過測量CO₂的質(zhì)量來計算合金的含碳量．

（1）合金與濃硫酸在一定條件下生成SO₂的反應(yīng)中，做還原劑的物質(zhì)時C、Fe．（填化學(xué)式）
（2）為實現(xiàn)實驗?zāi)康模�上述儀器正確的連接順序（按氣流方向）為：混合氣體→（　�。�（　�。�→（　�。�（　�。�→（　�。�（　　）→（a）（b）→（　�。�（　　）→（　�。�（　�。�→（k）（l）．
（3）裝置E中所裝藥品為A（填字母序號）；在本實驗中的作用是吸收二氧化碳．
A、堿石灰   B、無水氯化鈣   C、濃硫酸
（4）若能觀察到F裝置中黑色粉末變紅色，裝置G中的白色粉末變藍色的現(xiàn)象，則證明原混合氣體中一定含有H₂．
（5）實驗后最終測量的含碳量偏低．某同學(xué)猜測混合氣體中有可能含有CO，在G后增加一個裝置即可驗證他的猜測．請簡要說明驗證這個猜測所需裝置及藥品和具體實驗現(xiàn)象G裝置后加一個裝有澄清石灰水的洗氣瓶，澄清石灰水變渾濁說明混合氣體中有CO，澄清石灰水不變渾濁說明混合氣體中不含有CO．
方案Ⅱ：稱取粉末狀樣品8.5g，加入某濃度的稀硫酸100mL，充分反應(yīng)后，收集到標準狀況下氣體2.24L，然后繼續(xù)往樣品中加入同濃度的稀硫酸100mL，充分反應(yīng)后又收集到標準狀況下氣體1.12L．則合金中碳的質(zhì)量分數(shù)為1.18%．（保留三位有效數(shù)字）
方案Ⅲ：利用灼燒法使合金中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，合金質(zhì)量會減輕從而計算含碳量，但是他們將一定量的樣品灼燒后，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量反而增加了，其原因是灼燒時鐵和氧氣反應(yīng)生成鐵的氧化物而使剩余固體質(zhì)量增加，碳與氧氣反應(yīng)放出的二氧化碳而使固體質(zhì)量減小，但合金中含鐵多碳少．

Answer 1

分析 方案Ⅰ、（1）合金是含碳鐵合金，在濃硫酸中碳和鐵都可以在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，被濃硫酸氧化；
（2）含碳鐵合金粉末與濃硫酸在一定條件下反應(yīng)生成產(chǎn)物有二氧化硫、二氧化碳、水蒸氣，隨反應(yīng)進行濃硫酸變稀后，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，則混合氣體充分主要是二氧化碳、二氧化硫、氫氣、水蒸氣，用下列裝置（加持裝置省略）檢驗產(chǎn)物中除CO₂外混合氣體的成分是二氧化硫、氫氣、水蒸氣，通過測量CO₂的質(zhì)量來計算合金的含碳量，依據(jù)實驗需求設(shè)計連接裝置，應(yīng)把得到的混合氣體先通過裝置G檢驗生成的水蒸氣，通過裝置B檢驗二氧化硫的存在，通過裝置C除去二氧化硫，通過裝置A除去氣體中的水蒸氣，通過裝置E吸收氣體中二氧化碳，稱量質(zhì)量變化計算生成的二氧化碳氣體，再通過裝置F和G檢驗是否有氫氣生成；
（3）上述分析可知裝置E中所裝藥品吸收二氧化碳氣體，用于稱量吸收前后質(zhì)量變化計算二氧化碳質(zhì)量；
（4）若證明含有氫氣，可以利用裝置F中氧化銅被氫氣還原為紅色銅，裝置G中無水硫酸銅變藍色證明是氫氣還原氧化銅生成了水蒸氣；
（5）驗證混合氣體中是否可能含有CO，利用F一氧化碳含有氧化銅，生成二氧化碳，在G裝置后連接裝有澄清石灰水的洗氣瓶就行檢驗，若變渾濁證明有一氧化碳，否則不含有；
方案Ⅱ、Fe完全反應(yīng)生成氫氣體積2.24L+1.12L=3.36L，根據(jù)n=$\frac{V}{{V}_{m}}$計算生成氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算n（Fe），再根據(jù)m=nM計算m（Fe），進而計算碳的質(zhì)量分數(shù)．
方案Ⅲ、在燃燒碳的同時鐵也會和氧氣反應(yīng)，根據(jù)碳、鐵與氧氣反應(yīng)關(guān)系可以得出消耗的碳的質(zhì)量與鐵消耗的氧氣的質(zhì)量相比要小，以此解答該題．

解答 解：方案Ⅰ、（1）合金是含碳鐵合金，在濃硫酸中碳和鐵都可以在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)，被濃硫酸氧化，碳做還原劑被氧化為二氧化碳，鐵做還原劑被氧化為鐵鹽；
故答案為：C、Fe；
（2）含碳鐵合金粉末與濃硫酸在一定條件下反應(yīng)生成產(chǎn)物有二氧化硫、二氧化碳、水蒸氣，隨反應(yīng)進行濃硫酸變稀后，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，則混合氣體充分主要是二氧化碳、二氧化硫、氫氣、水蒸氣，用下列裝置（加持裝置省略）檢驗產(chǎn)物中除CO₂外混合氣體的成分是二氧化硫、氫氣、水蒸氣，通過測量CO₂的質(zhì)量來計算合金的含碳量，依據(jù)實驗需求設(shè)計連接裝置，應(yīng)把得到的混合氣體先通過裝置G檢驗生成的水蒸氣，硫酸銅變藍證明水生成，通過裝置B中品紅褪色檢驗二氧化硫的存在，通過裝置C中高錳酸鉀溶液除去二氧化硫，減少后續(xù)實驗影響，通過裝置A中濃硫酸除去氣體中的水蒸氣，通過裝置E中堿石灰吸收氣體中二氧化碳，稱量質(zhì)量變化計算生成的二氧化碳氣體，再通過裝置F和G檢驗是否有氫氣生成；，裝置為實現(xiàn)實驗?zāi)康�，上述儀器正確的連接順序為：kl dc ef ab gh ji kl；
故答案為：kl dc ef  gh ji；
（3）上述分析可知裝置E中所裝藥品堿石灰吸收二氧化碳氣體，用于稱量吸收前后質(zhì)量變化計算二氧化碳質(zhì)量，故答案為：A；吸收二氧化碳；
（4）若證明含有氫氣，可以利用裝置F中氧化銅被氫氣還原為紅色銅，裝置G中無水硫酸銅變藍色是生成水，證明是氫氣還原氧化銅生成的水蒸氣；
故答案為：F裝置中黑色粉末變紅色，裝置G中的白色粉末變藍色；
（5）驗證混合氣體中是否可能含有CO，利用F裝置中，一氧化碳還原氧化銅生成二氧化碳，在G裝置后連接裝有澄清石灰水的洗氣瓶就行檢驗，若變渾濁證明有一氧化碳，否則不含有；
故答案為：G裝置后加一個裝有澄清石灰水的洗氣瓶，澄清石灰水變渾濁說明混合氣體中有CO，澄清石灰水不變渾濁說明混合氣體中不含有CO；
方案Ⅱ、Fe完全反應(yīng)生成氫氣體積2.24L+1.12L=3.36L，生成氫氣總物質(zhì)的量=$\frac{3.36L}{22.4L/mol}$=0.15mol，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，2n（Fe）=0.15mol×2，故n（Fe）=0.15mol，m（Fe）=0.15mol×56g/mol=8.4g，碳的質(zhì)量=8.5g-8.4g=0.1g，故該生鐵樣品中碳的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{0.1g}{8.5g/mol}$×100%=1.18%，
故答案為：1.18%；
方案Ⅲ、灼燒時，鐵與氧氣反應(yīng)生成鐵的氧化物而使剩余固體質(zhì)量增加，碳與氧氣反應(yīng)放出二氧化碳而使剩余固體質(zhì)量減少，但合金中含有較多的鐵而只含少量的碳，將一定量的樣品灼燒后，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量反而增加了；
故答案為：灼燒時鐵和氧氣反應(yīng)生成鐵的氧化物而使剩余固體質(zhì)量增加，碳與氧氣反應(yīng)放出的二氧化碳而使固體質(zhì)量減小，但合金中含鐵多碳少．

點評 本題考查了實驗探究物質(zhì)組成和反應(yīng)產(chǎn)物的實驗檢驗方法和實驗設(shè)計，注意裝置試劑的作用和裝置連接，考查學(xué)生的分析問題解決問題的能力，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．