Question

【題目】已知鐵粉與水蒸氣在不同溫度下反應，所得黑色固體產物的成分不同，某化學小組的同學為測定該固體產物的組成，稱取168mg純鐵粉，按下列步驟進行實驗：

①如圖所示連接好裝置檢查氣密性裝入藥品

②打開K，加熱某裝置，一段時間后，再加熱另一裝置；

③反應完成后，關閉K，停止加熱，冷卻后讀取收集到的氣體的體積

回答下列問題：

(1)實驗中先點燃___________處的酒精燈，該操作在將D中的導管伸入量筒中準備收集氣體之______ (填“前”或“后”)

(2)下列實驗操作的目的是：

①將鐵粉和石棉絨混合均勻___________；

②關閉K___________。

(3)判斷鐵粉與水蒸氣反應已經完成的現象是___________。

(4)有同學認為用D裝置測量氣體的體積時，伸入量筒中的導管應適當加長，該同學的理由是___________。

(5)用改進后的正確裝置進行實驗，收集到氣體的體積為67.2mL(已換算成標準狀況)，則固體產物的組成為___________。

Answer 1

【答案】A 后 增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積，以便充分反應 防止冷卻時，裝置內的壓強下降過快將空氣吸入裝置，影響H2體積的測定 量筒內液面不再發生變化 若導管太短，冷卻時，氣體不能回流，導致氣體體積偏大；若導管太長，導管不易插入量筒中，也不易從量筒中取出 FeO

【解析】

(1)在裝置內含有空氣，空氣與Fe在加熱時會發生化學反應，所以要先加熱A處酒精燈，使裝置內充滿水蒸氣，然后再加熱B處酒精燈；加熱A處酒精燈應該在收集H2的操作之后進行；

(2)從物質的存在狀態及影響化學反應速率的角度分析；從壓強影響物質的收集及純度分析操作目的；

(3)反應產生的H2是難溶于水的氣體，若反應不再發生，則無氫氣產生；

(4)從氣體體積的熱脹冷縮及操作的難易分析；

(5)先計算Fe、H2的物質的量，根據H2是Fe與水反應的產物計算生成氧化物的化學式。

(1)裝置中的空氣與Fe會發生反應，影響實驗測定，因此要先加熱A處的酒精燈，用水蒸氣排出裝置內的空氣，以防鐵粉受熱后與空氣反應；因反應后裝置內會留有H2，必須將裝置內的氣體全部收集到量筒中，否則所測氣體的體積將偏小，故加熱A前要先把D處收集裝置安裝好，即點燃A處酒精燈在將D中的導管伸入量筒中準備收集氣體之后進行；

(2)①Fe是固體物質，為增大水蒸氣與Fe粉反應的接觸面積，可以使用石棉絨，使Fe粉附著在石棉絨上；

②反應完成后，關閉K，停止加熱，冷卻后讀取收集到的氣體的體積，關閉K目的是防止冷卻時，裝置內的壓強下降過快將空氣吸入裝置，影響H2體積的測定；

(3)鐵粉與水蒸氣生成黑色產物，與鐵粉的顏色不易區分，只能根據反應產生的H2的難溶性，用不再產生氣體，即氣體的體積不發生變化作為反應完成的標志；

(4)有同學認為用D裝置測量氣體的體積時，伸入量筒中的導管應適當加長，該原因是反應是在加熱時進行的，產生的氫氣在溫度高時體積大，當溫度降低時體積減小，若導管太短，冷卻時，氣體不能回流，導致氣體體積偏大；但是若導管太長，導管就不易插入量筒中，反應結束時導氣管也不易從量筒中取出；

(5)n(Fe)=0.168g÷56g/mol=0.003mol，n(H2)=0.0672L÷22.4L/mol=0.003mol，n (Fe)：n (O) =1：1，所以根據電子守恒、元素守恒，可得反應方程式為Fe+H2O(g)FeO+H2，則所得固體化學式為FeO。