Question

【題目】工業鐵紅可用于生產顏料，其主要成分是 Fe2O3，還含有少量的FeO、Fe3O4。為了測定某種工業鐵紅樣品中鐵元素的質量分數，同學們進行了如下探究。

（查閱資料）

Ⅰ．草酸晶體（H2C2O43H2O）在濃硫酸的催化下受熱分解，會生成二氧化碳、一氧化碳和水。

Ⅱ．堿石灰是固體NaOH和CaO的混合物，能吸收水蒸氣和二氧化碳

Ⅲ．鐵的常見氧化物中，鐵元素的質量分數如下表所示：

鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
鐵元素的質量分數	77.8%	70.0%	72.4%

（設計與實驗）小組同學設計了下圖所示實驗裝置：

（1）為了保證進入E 中的氣體是純凈、干燥的 CO，則 D 中的試劑名稱為_____。

（2）C 裝置的作用是_____。

（3）寫出E 裝置中發生反應的化學方程式（一個即可）：_____。

（4）同學們稱取 10.0g 鐵紅樣品進行實驗，根據資料信息推算，理論上鐵紅樣品中鐵元素質量的取值范圍是_____。利用上述裝置進行實驗（裝置氣密性良好），并通過以下兩種方法得出測定結果。

方法一：充分反應后，稱量E 中得到的鐵粉的質量，經計算求出鐵元素的質量分數。

方法二：分別稱量實驗前后_____（填字母序號）裝置的質量，經計算求出鐵元素的質量分數。

（實驗反思）

（1）如果缺少G 裝置（不考慮其他因素），可能會導致利用方法二測定的樣品中鐵元素的質量分數偏小，原因是_____。

（2）從綠色化學的角度考慮，該實驗裝置的不足之處是_____。

Answer 1

【答案】濃硫酸 檢驗二氧化碳氣體是否除盡 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 7.0g<m<7.78g F 空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入F裝置中，導致通過F測得的CO2的質量偏大，計算得出的氧元素質量偏大，10.0g樣品中鐵元素的質量就會偏小 缺少尾氣處理裝置

【解析】

[設計與實驗]（1）濃硫酸具有吸水性，所以為了保證進入E 中的氣體是純凈、干燥的CO，D中的試劑名稱為濃硫酸；
（2）氫氧化鈣和二氧化碳反應生成碳酸鈣沉淀和水，所以C裝置的作用是：檢驗二氧化碳是否除盡；
（3）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2；
（4）全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g，所以理論上鐵紅樣品中鐵元素質量的取值范圍是7g＜m＜7.78g；
堿石灰可以吸收二氧化碳，所以方法二：分別稱量實驗前后F裝置的質量，經計算求出鐵元素的質量分數；
[實驗反思]（1）本實驗中如果缺少G裝置，堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳，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；
（2）一氧化碳有毒，需要尾氣處理，所以從綠色化學的角度考慮，該實驗裝置的不足之處是：缺少尾氣處理裝置。
故答案為：[設計與實驗]（1）濃硫酸；
（2）檢驗二氧化碳是否除盡；
（3）3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2；
（4）7g＜m＜7.78g；F；
[實驗反思]（1）F裝置吸收空氣中的二氧化碳，測得的氧元素質量偏大，鐵元素的質量分數就會偏小；
（2）缺少尾氣處理裝置。