Question

某化學(xué)興趣小組想對(duì)某次高爐煉鐵得到的生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行探究，請(qǐng)按要求完成下列探究報(bào)告．
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br/>測定生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
資料支撐：
生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素．碳在生鐵中以兩種形態(tài)存在：一種是單質(zhì)碳（石墨），另一種是化合碳（如Fe₃C等）；硅、錳、磷、硫存在形式較為復(fù)雜；這些物質(zhì)通常都不與稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．
設(shè)計(jì)思路：
要測定生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，必須先通過實(shí)驗(yàn)測定并計(jì)算鐵的質(zhì)量，基本思路是______．
實(shí)驗(yàn)過程：
①取一只燒杯，稱得其質(zhì)量為70.4g，加入一定量生鐵的樣品碎屑，稱得燒杯和樣品的總質(zhì)量為102.4g；
②向盛有生鐵樣品的燒杯中加入稀硫酸，邊加邊攪拌，直到燒杯中不再產(chǎn)生氣泡，再加入少量稀硫酸以確保過量，測得共用去稀硫酸247.3g；
③靜置，稱量．稱得燒杯和剩余物質(zhì)的總質(zhì)量為348.7g．
數(shù)據(jù)處理：計(jì)算該生鐵樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？（寫出計(jì)算過程）
交流討論：
（1）實(shí)驗(yàn)過程中稀硫酸要過量的原因是：______；
（2）經(jīng)質(zhì)檢部門精確測定，該樣品中鐵元素的總含量為95.2%．假設(shè)沒有與稀硫酸反應(yīng)的鐵都以Fe₃C形式存在，則樣品中Fe₃C的質(zhì)量為______（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）；
（3）該小組的同學(xué)還查閱到：一氧化碳具有可燃性，點(diǎn)燃一氧化碳與空氣的混合物有可能爆炸．他們按下表中的體積比收集四瓶一氧化碳和空氣的混合氣，并點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于下表中：

V（CO）：V（空氣）	3：7	5：5	7：3	8：2
點(diǎn)火處理	炸	炸	炸	不炸

①由上述實(shí)驗(yàn)可知，CO在空氣混合氣中的爆炸極限（體積分?jǐn)?shù)）約為12.5%～______；
②由此我們得到啟示：在點(diǎn)燃或加熱一氧化碳前，一定要先______；
③一氧化碳還可用于煉鐵，請(qǐng)寫出一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式：______．

Answer 1

解：設(shè)計(jì)思路：要測定生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可根據(jù)鐵能和酸反應(yīng)生成氫氣，其他雜質(zhì)和酸不反應(yīng)，可根據(jù)氫氣的質(zhì)量計(jì)算出鐵的質(zhì)量，進(jìn)而算出質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故答案為：將生鐵樣品與過量稀硫酸反應(yīng)，并測定反應(yīng)前后燒杯和燒杯內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量差得出氫氣的質(zhì)量，再計(jì)算出鐵的質(zhì)量；
數(shù)據(jù)處理：
解：氫氣的質(zhì)量=102.4g+247.3g-348.7g=1g
設(shè)鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56 2
x 1g

x=28g
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=28g/（102.4g-70.4g）×100%=87.5%
答：生鐵樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是87.5%；
交流討論：（1）實(shí)驗(yàn)過程中稀硫酸要過量的原因是保證將單質(zhì)鐵全部反應(yīng)，使后面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確；
（2）生鐵的樣品的質(zhì)量為102.4g-70.4g=32g，該樣品中鐵元素的總含量為32g×95.2%=30.464g，其中純鐵的質(zhì)量為32g×87.5%=28g，則樣品中Fe₃C的質(zhì)量為（30.464g-28g）÷=2.6g；
（3）①由上述實(shí)驗(yàn)可知，V（CO）：V（空氣）=8：2時(shí)不爆炸，故CO在空氣混合氣中的爆炸極限的上限為 80%；
②在點(diǎn)燃或加熱一氧化碳前，一定要先檢驗(yàn)氣體的純度，防止發(fā)生爆炸；
③一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂．
故答案為：（1）保證將單質(zhì)鐵全部反應(yīng)
（2）2.6g
（3）①80% ②驗(yàn)純 ③Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂
分析：設(shè)計(jì)思路：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮丸F的性質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路；
實(shí)驗(yàn)過程：燒杯中減少的質(zhì)量是生成氫氣的質(zhì)量，根據(jù)鐵與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計(jì)算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量．進(jìn)而計(jì)算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
交流討論：（1）加入過量稀硫酸的目的是使鐵全部反應(yīng)；
（2）由樣品質(zhì)量和樣品中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以計(jì)算出樣品中鐵元素的總質(zhì)量，去掉單質(zhì)鐵的質(zhì)量，就是沒有與稀硫酸反應(yīng)的鐵元素的質(zhì)量，根據(jù)物質(zhì)中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式可以計(jì)算出樣品中Fe₃C的質(zhì)量；
（3）可燃性氣體與空氣混合點(diǎn)燃時(shí)可可能會(huì)發(fā)生爆炸，點(diǎn)燃前一定要驗(yàn)純，根據(jù)表格數(shù)據(jù)判斷爆炸極限，根據(jù)一氧化碳和氧化鐵反應(yīng)的生成物和條件書寫化學(xué)方程式．
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查探究生鐵中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法和有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算和化學(xué)式的計(jì)算，解答時(shí)要按步驟規(guī)范準(zhǔn)確的解答．