Question

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

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）實驗前應先______．
（2）進入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A中試劑是______、C中的試劑是______（填字母編號）．
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______．
（4）某同學認為圖示裝置有不足之處，改進的方法是______．
探究二：精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：
【物質制備】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，可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應方程式為Fe_xO_y+y H₂x Fe+y H₂O，Fe₃C+2H₂3Fe+CH₄．
（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應的化學方程式：______．
（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以生成CO外，還能______．
【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量分數，按如下裝置進行實驗．

已知3CH₄+4Fe₂O₃3CO₂+6H₂O+8Fe（假設每步反應都完全，且不考慮裝置內原有空氣對測定結果的影響）．
（3）主要實驗步驟如下：
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量；
②點燃A處酒精燈；
③緩緩通入純凈干燥的H₂；
④點燃C處酒精燈；
⑤分別熄滅A處、C處酒精燈；
⑥再緩緩通入少量H₂；
⑦再次稱量必要裝置的質量．
操作的先后順序是①→③→______→⑤→⑥→⑦（填字母）
A．②→④B．④→②
（4）步驟③的目的是______，驗證該步驟目的達到的實驗方法是______；
（5）若缺少裝置D，則所測氧元素的質量分數將______（填“偏大’’“偏小“或“不變“，下同）．
（6）粗還原鐵粉樣品的質量為20.000g，裝置B、E分別增重0.360g和0.440g，則計算樣品出中碳元素的質量分數是______，氧元素的質量分數是______．（無需計算過程）．

Answer 1

解：探究一、（1）實驗前應先檢查裝置的氣密性，否則會由于漏氣使實驗失敗；
（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，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，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產生的二氧化碳，F裝置中堿石灰是防止空氣中二氧化碳、水蒸氣進入E裝置中，影響實驗的測定；
（4）實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置，沒有參加反應的一氧化碳會污染空氣，在F后用酒精燈點燃沒有參加反應的氣體．因此可以在在F后用酒精燈點燃；
探究二、（1）氧化鐵在高溫條件下能與CO發生反應生成鐵與二氧化碳，反應的化學方程式為：Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂；
（2）焦炭燃燒放出大量的熱，產生的熱量使裝置內其它反應得以發生；
（3）根據題目中的假設情況，為使裝置A反應產生的甲烷氣體全部在裝置C中發生反應，操作時應先將C處酒精燈點燃，然后再點燃A處酒精處；
（4）步驟③的目的是 除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗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，氧元素的測定時取決于B裝置的吸收，所以是不會影響的（后面與氧化鐵的反應物是甲烷氣體反應造成的，所以二氧化碳中的氧元素不會影響到）；
（6）裝置B增重0.360g，則粗還原鐵粉與氫氣反應生成水的質量為0.180g，生成水中氧元素質量=0.360g××100%=0.320g；
樣品中氧元素的質量分數=×100%=1.6%
裝置E增重0.440g，則甲烷與氧化鐵反應生成二氧化碳的質量為0.440g，生成二氧化碳中碳元素質量=0.440g××100%=0.120g
樣品中碳元素的質量分數=×100%=0.6%
答：樣品中氧和碳元素的質量分數分別為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、水蒸氣進入E裝置中； （4）在F后用酒精燈點燃；
探究二（1）Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂ （2）提供熱量 （3）B
（4）除去裝置內的氧氣（或空氣），防止發生爆炸；收集尾氣點燃，聽聲音；
（5）不變；（6）0.6%g 1.6%．
分析：探究一、（1）草酸晶體（H₂C₂O₄?3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，實驗前應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，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，二氧化碳可以用濃硫酸干燥；
（3）堿石灰能夠學生二氧化碳和水蒸氣；
（4）實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置；
探究二、（1）CO具有還原性，能與氧化鐵反應而使氧化鐵還原成鐵，同時放出二氧化碳；
（2）焦炭燃燒放出大量的熱，該熱量可維持其它反應的發生；
（3）裝置A在加熱時發生反應，生成的水與甲烷通過裝置B處理后進入裝置C，進入該裝置的氣體在加熱條件下發生反應；
（4）步驟③的目的是 除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗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，氧元素的測定時取決于B裝置的吸收，所以是不會影響的（后面與氧化鐵的反應物是甲烷氣體反應造成的，所以二氧化碳中的氧元素不會影響到）；
（6）裝置B中濃硫酸吸收氫氣與粗還原鐵粉反應生成的水，由該裝置增重為反應生成水的質量可求得粗還原鐵粉中氧元素質量；裝置E中堿石灰吸收甲烷與氧化鐵反應產生的二氧化碳，由該裝置增重為反應生成二氧化碳的質量可計算出粗還原鐵粉中所含碳元素質量．
點評：本題考查了常規性的冶煉鐵的原理及實驗的注意事項等，并在此基礎上通過對鐵冶煉原理的知識遷移，理解該題的實驗過程及目的，考查了知識的運用及實驗分析的能力．