Question

【題目】某興趣小組對一氧化碳還原氧化鐵的相關知識進行了深入研究。

（知識回顧）寫出一氧化碳還原氧化鐵的化學方程式______________________。

（提出問題）該小組同學發現甲烷的性質與氫氣、一氧化碳有很多相似之處。氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？

（查閱資料）1無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變為藍色。

2鐵與稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣，鐵的氧化物與稀硫酸反應時無氣體生成

（實驗探究）為探究上述問題，設計如下裝置并進行實驗。

（1）實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是_________________。

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀硫酸，觀察到_____（填實驗現象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍，說明有_____生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

（結論）甲烷有還原性，若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學方程式為_____________。

（反思質疑）查閱資料得知：酒精燈加熱時達不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物FexOy．為探究甲烷與氧化鐵反應后所得黑色粉末的成分，繼續進行如下實驗：

（1）探究黑色粉末中單質鐵的質量分數：

①將圖1各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→_____→_____→d（填序號）。

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產生，通過測量量筒內水的體積得出氫氣質量為0.05g。計算黑色粉末中單質鐵的質量分數_________。（寫出計算過程，結果保留到0.1%）（Fe + H2SO4=FeSO4 + H2↑）

（2）確定黑色粉末中FexOy的化學式：檢查圖2裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質玻璃管內剩余固體為5.6g，經檢驗全都是鐵。若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy的化學式為________。從環保角度分析，圖2裝置存在的明顯缺陷是__________。

Answer 1

【答案】 排盡裝置內的空氣，防止加熱時發生爆炸 有氣泡產生 水 c b 19.4% FeO 沒有進行尾氣的處理

【解析】

[知識回顧]

一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下反應生成鐵和二氧化碳，故化學方程式為：；

[實驗探究]

（1）通入的甲烷具有可燃性，甲烷與空氣的混合氣體加熱可能發生爆炸，故實驗開始時先通一段時間甲烷的目的是排盡裝置內的空氣，防止加熱時發生爆炸，故填：排盡裝置內的空氣，防止加熱時發生爆炸；

（2）取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀硫酸，反應后生成的黑色粉末中，若有鐵，加入稀硫酸，鐵與稀硫酸反應生成氫氣，故觀察到有氣泡產生，說明有鐵生成；B中裝有白色的無水硫酸銅固體，資料中提供：無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變為藍色；B中白色固體變藍，說明有水生成，故填：有氣泡產生；水；

[結論]

根據上述實驗，甲烷與氧化鐵反應生成鐵、水和二氧化碳，故甲烷還原氧化鐵的化學方程式為：；

[反思質疑]

（1）①鐵和稀硫酸反應生成的硫酸亞鐵和氫氣，使用排水法收集，則氣體從短管進入，故接口順序是a→c→b→d，故填：c；b；

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產生，通過測量量筒內水的體積得出氫氣質量為0.05g。

設生成0.05g氫氣，需鐵的質量為X

X=1.4g

故黑色粉末中單質鐵的質量分數=；

（2）取上述黑色粉末7.2g放入硬質玻璃管中，加熱至完全反應，稱得硬質玻璃管內剩余固體為5.6g，故氧元素的質量=7.2g-5.6g=1.6g，則鐵元素和氧元素的原子個數比為：：=1:1，故FexOy的化學式為FeO；從環保角度分析，圖2裝置是用一氧化碳還原黑色粉末，一氧化碳能與血液中的血紅蛋白結合，造成人體缺氧（有毒），一氧化碳不能與澄清的石灰水反應，在裝置中的尾氣沒有處理。

故填：FeO；沒有進行尾氣的處理。