Question

（2013?漢陽區(qū)二模）為了測(cè)定實(shí)驗(yàn)室某生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，兩位同學(xué)分別設(shè)計(jì)了如下甲、乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案．

方案甲：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₁g，按圖Ⅰ所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．完全反應(yīng)后，測(cè)得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₁L，查得其密度為ρg/L．
方案乙：稱得生銹鐵片的質(zhì)量為m₂g，先按圖Ⅱ所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．當(dāng)生銹鐵片完全變成光亮的銀白色時(shí)，停止加熱，繼續(xù)通入CO至室溫．取出鐵片，按圖Ⅰ所示裝置繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．完全反應(yīng)后，測(cè)得室溫下產(chǎn)生氫氣的體積為V₂L，查得其密度為ρg/L．
（1）【評(píng)價(jià)交流】有同學(xué)分析甲方案即使讀數(shù)準(zhǔn)確也不可行，你認(rèn)為其缺陷是：

甲方案只能測(cè)出鐵單質(zhì)的質(zhì)量，不能測(cè)出鐵元素的質(zhì)量

．
（2）【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】方案乙中，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)報(bào)告，請(qǐng)幫助完成．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	解釋或化學(xué)方程式
①裝置Ⅱ	通入CO，加熱．完全反應(yīng)后，停止加熱，繼續(xù)通CO至室溫	生銹鐵片變成光亮的銀白色	反應(yīng)結(jié)束后，還要繼續(xù)通CO至室溫的目的是 防止鐵片在高溫下又被氧化或防止倒吸 ．
②裝置Ⅰ	將光亮鐵片放入稀鹽酸中，完全反應(yīng)	溶液顏色由無色變成淺綠色，有氣泡放出	化學(xué)方程式： Fe+2HCl═FeCl2+H2↑

（3）【提出問題】圖 II所示裝置是否有可改進(jìn)之處？請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述具體改進(jìn)意見：

是，將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個(gè)氣球）

（4）【結(jié)論】生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

2800ρ₂V₂/m₂%

（用字母表示）

Answer 1

分析：由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，由于方案甲中根據(jù)計(jì)算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，無法計(jì)算出鐵的氧化物的質(zhì)量，也就無法計(jì)算出鐵元素的總質(zhì)量；而乙首先利用還原劑把鐵的化合物中的鐵元素全部變成了金屬鐵，然后根據(jù)生成的氫氣的質(zhì)量就可求出參與反應(yīng)的金屬鐵的質(zhì)量即生銹鐵片中鐵元素的總質(zhì)量．

解答：解：（1）由于生銹鐵片中除了鐵、鐵的化合物之外還含有水分等不含鐵元素的物質(zhì)，所以方案甲中根據(jù)計(jì)算只能得出鐵片中金屬鐵的質(zhì)量，而無法知道鐵的化合物的質(zhì)量；
（2）①當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，要繼續(xù)通一氧化碳，防止被還原的鐵片在高溫下又重新被氧化或玻璃管冷卻會(huì)導(dǎo)致里面的壓強(qiáng)減小，從而試管內(nèi)的水會(huì)倒吸到玻璃管內(nèi)；
②由于鐵能夠和稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）由于二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，而一氧化碳有毒，排放到空氣中會(huì)造成空氣污染，因此必須對(duì)這兩種氣體進(jìn)行處理，改進(jìn)方法為：將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個(gè)氣球）；
（4）根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，和稀鹽酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量即為生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量，
設(shè)生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量為x．
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56             2
x             ρ₂v₂

28p2V2

m2

56

x

=

2

ρ2v2

x=28p₂V₂
則生銹鐵片中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

28p2V2

m2

×100%=2800ρ₂V₂/m₂%．
故答案：（1）甲方案只能測(cè)出鐵單質(zhì)的質(zhì)量，不能測(cè)出鐵元素的質(zhì)量；
（2）①防止鐵片在高溫下又被氧化或防止倒吸； ②Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（3）是，將E中液體改為氫氧化鈉溶液，將E的導(dǎo)出管口處點(diǎn)燃導(dǎo)出氣體（或在E的導(dǎo)出管口處扎上一個(gè)氣球）；
（4）2800ρ₂V₂/m₂%．

點(diǎn)評(píng)：本題難度較大，主要考查了鐵的冶煉、鐵的有關(guān)化學(xué)性質(zhì)及質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用并對(duì)實(shí)驗(yàn)的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力．