Question

探究一：工業(yè)鐵紅的主要成分是Fe₂O₃，還含有少量的FeO、Fe₃O₄．某興趣小組用草酸晶體制取CO，并進(jìn)行了如下圖所示實(shí)驗(yàn)．

試回答：
【查閱資料】草酸晶體（H₂C₂O₄?3H₂O）在濃H₂SO₄作用下受熱分解生成CO₂和CO．
（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先

檢查裝置的氣密性

．
（2）進(jìn)入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A中試劑是

c

、C中的試劑是

a

（填字母編號(hào)）．
a．濃硫酸         b．澄清的石灰水        c．氫氧化鈉溶液
（3）F裝置的作用是

防止空氣中二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入E裝置中

．
（4）某同學(xué)認(rèn)為圖示裝置有不足之處，改進(jìn)的方法是

在F后用酒精燈點(diǎn)燃

．
探究二：精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進(jìn)行下列研究：
【物質(zhì)制備】利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe₃C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為Fe_xO_y+y H₂

高溫  .

x Fe+y H₂O，F(xiàn)e₃C+2H₂

高溫  .

3Fe+CH₄．
（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式：

Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂

．
（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以生成CO外，還能

提供熱量

．
【含量測定】為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按如下裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

已知3CH₄+4Fe₂O₃

高溫  .

3CO₂+6H₂O+8Fe（假設(shè)每步反應(yīng)都完全，且不考慮裝置內(nèi)原有空氣對測定結(jié)果的影響）．
（3）主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；
②點(diǎn)燃A處酒精燈；
③緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍₂；
④點(diǎn)燃C處酒精燈；
⑤分別熄滅A處、C處酒精燈；
⑥再緩緩?fù)ㄈ肷倭縃₂；
⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．
操作的先后順序是①→③→

B

→⑤→⑥→⑦（填字母）
A．②→④B．④→②
（4）步驟③的目的是

除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸

，驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是

收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音

；
（5）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將

不變

（填“偏大’’“偏小“或“不變“，下同）．
（6）粗還原鐵粉樣品的質(zhì)量為20.000g，裝置B、E分別增重0.360g和0.440g，則計(jì)算樣品出中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

0.6%

，氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是

1.6%

．（無需計(jì)算過程）．

Answer 1

分析：探究一、（1）草酸晶體（H₂C₂O₄?3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性；
（2）二氧化碳一般用氫氧化鈉溶液吸收，用澄清的石灰水檢驗(yàn)，還可以檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，二氧化碳可以用濃硫酸干燥；
（3）堿石灰能夠?qū)W生二氧化碳和水蒸氣；
（4）實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置；
探究二、（1）CO具有還原性，能與氧化鐵反應(yīng)而使氧化鐵還原成鐵，同時(shí)放出二氧化碳；
（2）焦炭燃燒放出大量的熱，該熱量可維持其它反應(yīng)的發(fā)生；
（3）裝置A在加熱時(shí)發(fā)生反應(yīng)，生成的水與甲烷通過裝置B處理后進(jìn)入裝置C，進(jìn)入該裝置的氣體在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)；
（4）步驟③的目的是 除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸，驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；
（5）若缺少裝置D，氧元素的測定時(shí)取決于B裝置的吸收，所以是不會(huì)影響的（后面與氧化鐵的反應(yīng)物是甲烷氣體反應(yīng)造成的，所以二氧化碳中的氧元素不會(huì)影響到）；
（6）裝置B中濃硫酸吸收氫氣與粗還原鐵粉反應(yīng)生成的水，由該裝置增重為反應(yīng)生成水的質(zhì)量可求得粗還原鐵粉中氧元素質(zhì)量；裝置E中堿石灰吸收甲烷與氧化鐵反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳，由該裝置增重為反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量可計(jì)算出粗還原鐵粉中所含碳元素質(zhì)量．

解答：解：探究一、（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性，否則會(huì)由于漏氣使實(shí)驗(yàn)失敗；
（2）二氧化碳一般用氫氧化鈉溶液吸收，用澄清的石灰水檢驗(yàn)，還可以檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，一氧化碳可以用濃硫酸干燥；所以A中盛放的是氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳，氫氧化鈣是驗(yàn)證二氧化碳是否被除凈，C中盛放的是濃硫酸，吸收水分；
（3）E裝置中堿石灰可以吸收反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳，F(xiàn)裝置中堿石灰是防止空氣中二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入E裝置中，影響實(shí)驗(yàn)的測定；
（4）實(shí)驗(yàn)裝置的一個(gè)明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置，沒有參加反應(yīng)的一氧化碳會(huì)污染空氣，在F后用酒精燈點(diǎn)燃沒有參加反應(yīng)的氣體．因此可以在在F后用酒精燈點(diǎn)燃；
探究二、（1）氧化鐵在高溫條件下能與CO發(fā)生反應(yīng)生成鐵與二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；
（2）焦炭燃燒放出大量的熱，產(chǎn)生的熱量使裝置內(nèi)其它反應(yīng)得以發(fā)生；
（3）根據(jù)題目中的假設(shè)情況，為使裝置A反應(yīng)產(chǎn)生的甲烷氣體全部在裝置C中發(fā)生反應(yīng)，操作時(shí)應(yīng)先將C處酒精燈點(diǎn)燃，然后再點(diǎn)燃A處酒精處；
（4）步驟③的目的是 除去裝置內(nèi)的氧氣，防止發(fā)生爆炸，驗(yàn)證該步驟目的達(dá)到的實(shí)驗(yàn)方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；有剩余則沒有完全被除掉；
（5）若缺少裝置D，氧元素的測定時(shí)取決于B裝置的吸收，所以是不會(huì)影響的（后面與氧化鐵的反應(yīng)物是甲烷氣體反應(yīng)造成的，所以二氧化碳中的氧元素不會(huì)影響到）；
（6）裝置B增重0.360g，則粗還原鐵粉與氫氣反應(yīng)生成水的質(zhì)量為0.180g，生成水中氧元素質(zhì)量=0.360g×

16

18

×100%=0.320g；
樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.320g

20.000g

×100%=1.6%
裝置E增重0.440g，則甲烷與氧化鐵反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量為0.440g，生成二氧化碳中碳元素質(zhì)量=0.440g×

12

44

×100%=0.120g
樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.120g

20.000g

×100%=0.6%
答：樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.6%、0.6%．

故答案為：探究一（1）檢查裝置氣密性；  （2）c   a；  （3）防止空氣中二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入E裝置中；   （4）在F后用酒精燈點(diǎn)燃；
探究二（1）Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂   （2）提供熱量   （3）B
（4）除去裝置內(nèi)的氧氣（或空氣），防止發(fā)生爆炸；收集尾氣點(diǎn)燃，聽聲音；
（5）不變；（6）0.6%g      1.6%．

點(diǎn)評：本題考查了常規(guī)性的冶煉鐵的原理及實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)等，并在此基礎(chǔ)上通過對鐵冶煉原理的知識(shí)遷移，理解該題的實(shí)驗(yàn)過程及目的，考查了知識(shí)的運(yùn)用及實(shí)驗(yàn)分析的能力．