Question

草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)是一種淺黃色固體，難溶于水，受熱易分解，是生產鋰電池的原材料。某化學興趣小組設計實驗驗證草酸亞鐵熱分解的氣體產物，并用熱重法（TG）確定其分解后固體產物的組成。探究過程如下：
【查閱資料】
1. 草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物是H₂O、CO、CO₂
2. 白色的無水CuSO₄遇水蒸氣會變成藍色
【實驗設計】

（1）從環保角度考慮，該套實驗裝置的明顯缺陷是         。
（2）可選擇以下實驗裝置中的     (選填：“甲”或“乙”)作為虛線中的“熱分解裝置”。

【問題討論】
（3）D中濃硫酸的作用是       ，實驗過程中觀察到B中白色無水CuSO₄變成藍色，C中澄清石灰水變渾濁，E中           （填實驗現象），則可證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物是H₂O、CO₂、CO。
（4）該興趣小組進行上述實驗時，先點燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時間后再點燃E處的酒精燈，原因是                                             。
（5）若通過F裝置中澄清石灰水變渾濁來證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物中有CO，則需在C和D裝置之間增加盛有     (填物質的名稱或化學式)溶液的洗氣瓶。
【數據分析】
（6）稱取3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O，相對分子質量180)用熱重法對其進行熱分解，得到剩余固體的質量隨溫度變化的曲線如下圖所示，請分析該圖回答下列問題：

①過程Ⅰ發生反應的化學方程式為                               。
②3000℃時剩余固體只有一種且是鐵的氧化物，試通過計算確定該氧化物的化學式或名稱         。（請寫出計算過程）

Answer 1

（1）未進行尾氣處理  （2）乙  （3）干燥氣體   黑色固體變成紅色
（4）將裝置中的空氣排盡，防止CO和空氣的混合氣體受熱爆炸   （5）NaOH
（6）①FeC₂O₄?2H₂OFe C₂O₄+2H₂O↑  
②Fe₂O₃(或氧化鐵)
解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g
m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

解析試題分析：（1）草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物是H₂O、CO、CO₂，其中一氧化碳氣體如排放到空氣中會造成空氣污染，所以該裝置應在最后加上尾氣處理裝置。
（2）草酸亞鐵晶體是固體，所以加熱時試管口向略向下傾斜以防止產生的水倒流回試管底部引起試管的炸裂。因此應選乙裝置作用熱分解裝置。
（3）裝置B的作用是檢驗生成的物質中是否有水，裝置C的作用是檢驗生成物中是否有二氧化碳。裝置D中的濃硫酸的作用是將氣體進行干燥，以防水蒸氣影響后面的反應。
（4）先點燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時間后再點燃E處的酒精燈。是為了利用生成的氣體將裝置內的空氣排出，以防止形成一氧化碳與空氣的混合氣體在加熱時發生爆炸。
（5）若通過F裝置中澄清石灰水變渾濁來證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物中有CO，則需要將固體分解生成的二氧化碳全部除去。因此需要在C（驗證生成的氣體中有二氧化碳）和D裝置之間增加盛有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶。
（6）①從圖中可知在過程Ⅰ中固體的質量減少值為0.72g。這是晶體中所含結晶水的質量。
3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)含結晶水的質量為：3.60g×（×100%）=0.72g
所以過程Ⅰ發生的反應為：FeC₂O₄?2H₂O △Fe C₂O₄+2H₂O↑
②已知剩余固體的質量為1.60g，且是鐵的氧化物。求該氧化物的化學式。可先根據鐵元素在草酸亞鐵晶體中的質量分數求出鐵元素的質量，再利用鐵和氧元素在氧化物中的質量進行求解。具體解題過程如下：
解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g
m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

考點：科學探究、根據的計算
點評：本題結合草酸亞鐵晶體的分解考查了實驗方案設計、實驗現象分析、實驗數據分析（根據化學式的計算）等知識點。綜合性較強。