Question

已知木炭粉和Fe₂O₃反應的化學方程式：2Fe₂O₃+3C4Fe+CO₂↑，某同學設計了一個實驗，證明氧化鐵中含有氧元素，并測定氧化鐵中氧元素的質量分數，實驗裝置如圖．
（1）實驗前，首先要進行的操作是______．
（2）實驗中，盛放澄清石灰水的燒杯中出現的現象是______，原因是______．
（3）實驗中通入的氣體是純凈干燥的N₂，寫出不用空氣的理由：
①______；
②______；
也不能用潮濕的氮氣，原因是______．
（4）如用3.2g氧化鐵與碳充分反應，測得澄清石灰水增重1.32g，則氧化鐵中氧元素的質量分數為______．

Answer 1

解：（1）空氣中的氧氣能夠和碳發生反應生成二氧化碳等物質，為了防止干擾實驗結論，所應該通入氮氣，趕盡管內空氣，然后在加熱．
（2）因為木炭粉和氧化鐵反應后生成的二氧化碳氣體通入澄清石灰水的燒杯中，和石灰水發生反應，生成碳酸鈣沉淀，所以可以觀察到澄清的石灰水變渾濁．
（3）因為空氣中含有二氧化碳和氧氣，可能使反應物和生成物的質量增加而導致實驗結果不準確．
實驗中也不能用潮濕的氮氣的原因是：用潮濕的氮氣會使熱的試管炸裂，同時在高溫下水也能和碳反應，導致木炭不僅和氧化鐵反應，會導致測定的氧元素的質量分數偏大．
（4）石灰水增加的質量即為生成的CO₂的質量，由方程式3C+2Fe₂O₃4Fe+3CO₂↑可知，氧化鐵中氧元素的質量即為生成的CO₂中氧元素的質量，CO₂中氧元素的質量為1.32g××100%=0.96g，故氧化鐵中氧元素的質量分數為：×100%=30%．
故答案為：（1）先通氮氣趕走裝置中殘余的空氣；
（2）澄清石灰水變渾濁；反應生成了大量的二氧化碳；
（3）①混有氧氣．若碰到可燃性氣體會發生爆炸，有危險；
②空氣中含有很多含氧元素的物質，這樣會干擾對氧化鐵中氧元素含量的判斷；影響氧化鐵中氧元素含量的測定；
（4）30%．
分析：（1）本題的要求要從實驗目的考慮；
（2）欲正確解答本題，須知二氧化碳和石灰水反應的情況，以及生成物的性質；
（3）本題需從實驗的要求和注意事項方面考慮；
（4）石灰水增加的質量即為生成的CO₂的質量，由方程式3C+2Fe₂O₃4Fe+3CO₂↑可知，氧化鐵中氧元素的質量即為生成的CO₂中氧元素的質量，根據元素的質量分數公式計算即可．
點評：本題主要考查學生對實驗操作的要求和注意事項的掌握情況以及運用元素的質量分數公式進行計算的能力．