Question

【題目】工業鐵紅的主要成分是Fe2O3，還含有少量的FeO、Fe3O4．為了測定鐵紅中鐵的質量分數，興趣小組的同學進行了如下實驗，請你參與過程分析．

資料1：草酸晶體（H2C2O43H2O）在濃H2SO4作用下受熱分解，化學方程式為：H2C2O43H2O CO2↑ + CO↑ + 4H2O

資料2：濃硫酸具有吸水性；氫氧化鈉溶液能吸收二氧化碳；堿石灰固體既能吸水又能吸收二氧化碳；CO能將FeO、Fe2O3、Fe3O4還原成鐵．

（1）下列可用作草酸分解制取氣體的裝置如圖1是 （填字母編號）．

問題討論：用如圖2所示裝置進行實驗：

（2）實驗前應先 ．

（3）B裝置的作用是 ．

（4）對D裝置加熱前和停止加熱后，都要通入過量的CO，其中加熱前作用是：

（5）寫出D裝置中所發生反應的一個化學方程式

數據分析：資料3：鐵的常見氧化物中鐵的質量分數：

鐵的氧化物 FeO Fe2O3 Fe3O4

鐵的質量分數77.8% 70.0% 72.4%

（6）稱取鐵紅樣品10.0g，用上述裝置進行實驗，測定鐵紅中鐵的質量分數．

①D中充分反應后得到Fe粉的質量為m g，則 ．

②實驗前后稱得E裝置增重6.6g，則此鐵紅中鐵的質量分數是 ．

實驗評價：反思1：本實驗中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），則測得樣品中鐵的質量分數會 （填“偏小”、“不變”或“偏大”）．

反思2：請指出 問題討論中實驗裝置的一個明顯缺陷 ．

拓展探究：用100t含氧化鐵80%的赤鐵礦石理論上可冶煉出含鐵98%的生鐵多少噸？（結果保留1為小數）

Answer 1

【答案】（1）d；

（2）檢查裝置的氣密性；

（3）驗證二氧化碳已除盡；

（4）將裝置中的空氣排出，防止發生爆炸．（合理即可）

（5）3CO+Fe2O32Fe+3CO2，（一氧化碳與FeO、Fe3O4也可以）

（6）①7.0＜m＜7.78；②76.0%

【實驗評價】小；缺少尾氣處理裝置；

【拓展探究】可煉出含鐵98%的生鐵57.1t．

【解析】（1）草酸晶體（H2C2O43H2O）在濃硫酸作用下受熱分解，因此選用d裝置，故答案為：d；

（2）實驗前應先檢查裝置的氣密性，故答案為：檢查裝置的氣密性；

（3）B裝置還可以檢驗二氧化碳是否除盡，故答案為：驗證二氧化碳已除盡；

（4）加熱之前通入一氧化碳的目的是：將裝置中的空氣排出，防止發生爆炸；加熱之后通入一氧化碳的目的是：驅趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收．故答案為：將裝置中的空氣排出，防止發生爆炸．（合理即可）

（5）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，配平即可；故答案為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，（一氧化碳與FeO、Fe3O4也可以）

（6）如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；E裝置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的質量=6.6g×=4.8g，因為一個一氧化碳分子只能搶氧化鐵中一個氧原子變成二氧化碳，因此氧元素的質量一半一半，4.8g氧元素的質量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質量分數=×100%=76.0%；故答案為：①7.0＜m＜7.78；②76.0%

【實驗評價】

本實驗中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質量偏大，則測得樣品中鐵的質量分數會偏小；實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置．故答案為：偏小；缺少尾氣處理裝置；

【拓展探究】設理論上可以煉出含鐵98%的生鐵的質量為x．

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

160 112

100t×80% 98%x

解得：x≈57.1t

答：可煉出含鐵98%的生鐵57.1t．