问题 问答题

某校化学兴趣小组的同学准备对某生铁样品中铁的含量进行探究.请你按要求帮助他们完成下列探究报告.

[提出问题]生铁是纯铁吗?若不是纯铁则该生铁样品中铁单质的质量分数是多少?

[查阅资料](1)生铁中除铁外,还含有碳、硅、锰等元素.

(2)碳在生铁中以两种形态存在,一种是游离碳(石墨),另一种是化合碳(如Fe3C等);硅、锰等存在形式较为复杂.

(3)含有硅、锰等元素的物质通常都不与稀硫酸发生化学反应.

[制定方案]使生铁样品与过量的稀硫酸反应,称量反应前后物质的质量差.

[实验过程]

(1)取一只烧杯,称得其质量为70.4g,加入一定量生铁样品碎屑,称得烧杯和样品的总质量为102.4g;

(2)向盛有生铁样品的烧杯中加入稀硫酸,边加边搅拌,直到烧杯中不再产生气泡,再加入稀硫酸以确保过量,测得共用去稀硫酸247.3g;

(3)静置,称量.称得烧杯和剩余物质的总质量为348.7g.

[数据处理]通过对以上数据的分析和计算,该生铁样品中铁单质的质量分数为 ______%.

[交流讨论]

(1)实验称量时称量物应放在托盘天平的 ______盘(选填“左”或“右”).

(2)实验过程中稀硫酸要过量的原因是 ______.

(3)反应过程中可看到有气泡冒出,溶液由无色变为浅绿色,由此得知反应一定生成了氢气和 ______(写名称).

(4)经质检部门精确测定,该样品中铁元素的总质量分数为95.2%.对此有同学产生了疑问,请你帮他分析:______.

[实验结论]经过以上探究,同学们知道了生铁不是纯铁,实际上它属于铁的重要 ______.

答案

[数据处理]反应前后烧杯和剩余物质的总质量差即生成氢气的质量=102.4g+247.3g-348.7g=1g;

设参加反应单质铁的质量为x

Fe+H2SO4=FeSO4+H2

56            2

x             1g

56
x
=
2
1g
  x=28g

生铁样品中铁单质的质量分数=

28g
102.4g-70.4g
×100%=87.5%

故答案为:87.5;

[交流讨论](1)使用天平称量物品的质量时,要遵循左物右码的使用原则,因此称量物应放在天平的左盘;

故答案为:左;

(2)生铁样品中铁单质的质量分数需要使单质与稀硫酸完全反应,为确保铁完全反应可通过加入过量的稀硫酸进行控制;

故答案为:确保生铁样品中铁单质与稀硫酸完全反应;

(3)铁与稀硫酸发生置换反应,生成硫酸亚铁和氢气,硫酸亚铁溶液呈浅绿色;

故答案为:硫酸亚铁;

(4)根据资料:碳在生铁中以两种形态存在,一种是游离碳(石墨),另一种是化合碳(如Fe3C等);生铁样品中铁元素质量为单质铁的质量与Fe3C中铁元素质量之和;所以,该样品中铁元素的总质量分数为95.2%大于样品中铁单质的质量分数87.5%;

故答案为:生铁中的铁元素除了以单质形式存在还以Fe3C形式存在,所以铁单质的质量分数会小于铁元素的总质量分数;

[实验结论]生铁为含碳2%~4.3%的铁合金,而非纯次的单质铁;

故答案为:合金.

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