Question

將Fe₂O₃和純凈的碳粉混合，平鋪在反應管a中在瓶盛有足量澄清石灰水按圖連接儀器．實驗開始時緩慢通入氮氣過一段時間后，加熱反應管觀察到管內發生劇烈反應同時，瓶中的溶液出現白色沉淀待反應反應完成后停止加熱仍繼續通入氮氣直至反應管冷卻．此時，管內的混合物變成黑色粉末．回答問題：
（1）取少量固體溶于足量的稀硫酸，發現有大量的氣泡產生，若同時出現________的現象，則生成的黑色固體全部是鐵．
（2）實驗中通入的氣體是純凈干燥的氮氣，不用空氣的主要原因是________．
（3）停止加熱前是否需要斷開和b的連接處？為什么？________
（4）本實驗的尾氣是否需要處理？如需處理，請回答如何處理，如不需處理，說明理由________．
（5）合成氨工業中使用的催化劑鐵觸媒的成分可表示為xFeO?yFe₂O₃（其中FeO與Fe₂O₃質量比為27：20）．若用40gFe₂O₃通過該實驗制備出37.6g鐵觸媒，反應中消耗的純凈碳粉的質量范圍是________，x：y=________．

Answer 1

解：（1）鐵能與鹽酸反應生成氫氣和易溶于水的氯化亞鐵，故填：固體全部溶解；
（2）空氣中含有氧氣，生成的鐵早溫度高時能被氧氣氧化，故填：空氣中含有氧氣會將生成的鐵氧化；
（3）實驗結束后持續通入氮氣，不會使液體倒吸，不需要斷開，故填：不需要，因為氮氣不斷通入，b瓶中的溶液不會倒吸入a瓶；
（4）尾氣中含有一氧化碳會污染環境，需要進行尾氣處理，可以采用點燃的方法，故填：需處理，因尾氣中有CO，在尾氣氣出口加一個點燃的酒精燈；
（5）鐵觸媒的成分可表示為xFeO?yFe₂O₃（其中FeO與Fe₂O₃質量比為27：20，則有，解得，
37.6g鐵觸媒中含有氧化亞鐵的質量為=21.6g，碳與氧化鐵反應可以生成一氧化碳也可能生成二氧化碳，
如果是碳與氧化鐵反應生成一氧化碳和氧化亞鐵，設此時碳的質量為a，
Fe₂O₃+C2FeO+CO
12 144
a 21.6g

a=1.8g
如果碳與氧化鐵反應生成二氧化碳和氧化亞鐵，設此時碳的質量為b
2Fe₂O₃+C4FeO+CO₂
12 288
b 21.6g

b=0.9g
所以碳的質量范圍是0.9g～1.8g
故填：0.9g～1.8g，3：1．
分析：根據已有的知識進行分析，鐵能與鹽酸反應生成氫氣，生成的鐵在溫度高時會被空氣中的氧氣氧化，實驗結束時要持續通入氮氣直到冷卻，一氧化碳具有毒性，需要進行尾氣處理，根據物質的化學式以及反應的質量關系進行計算即可．
點評：本題考查了有關的化學實驗注意現象以及根據化學方程式的計算，完成此題，可以依據具體的反應進行．