Question

8．甲酸（HCOOH）俗稱蟻酸，能刺激皮膚起泡，存在于蜂類、某些蟻類和毛蟲的分泌物中．某校興趣小組同學對甲酸進行研究，并進行一氧化碳還原氧化鐵的實驗．
【查閱資料】
①甲酸的酸性比醋酸強，具有酸的通性．
②甲酸（HCOOH）是無色易揮發的液體，在濃硫酸作用下易分解．甲酸分解的化學方程式為：HCOOH$→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O，濃硫酸在反應中起脫水作用．
③鐵與氯化鐵溶液在常溫下發生反應生成氯化亞鐵．
【實驗設計及操作】
I．驗證甲酸的酸性，完成實驗記錄：

	操作	實驗現象	原理或解釋
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液變成紅色	溶液中含氫離子
	加適量的鋅粒	觀察到有氣泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化鐵粉末	觀察到紅棕色固體消失，溶液變成黃色	甲酸可以與金屬氧化物反應，工業上 可用甲酸除銹

Ⅱ．利用下列圖1裝置，以甲酸為原料制備純凈、干燥的一氧化碳，完成一氧化碳還原氧化鐵實驗，并檢驗氣態產物．

①實驗前應先組裝好儀器，并檢查裝置的氣密性，再裝入藥品．若各步均反應完全，裝置的連接順序為甲→乙→戊→丁→丙（填序號）．從環保角度，連接好的裝置還存在明顯不足，請改進加裝尾氣處理裝置．
②實驗時先點燃甲中的酒精燈，一段時間后再點燃丁中的酒精噴燈，目的是產生CO氣體，排盡裝置內的空氣，防止加熱爆炸；裝置乙能否去除不能（選填“能”、“不能”），你的理由是如果不除去CO中的甲酸氣體，甲酸氣體會與氧化鐵以及石灰水反應．
③裝置丁中觀察到的現象是紅色的氧化鐵粉末逐漸變為黑色；裝置丙中發生反應的化學方程式是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
④為檢驗氧化鐵是否反應完全，同學們設計如下實驗方案：從裝置丁中取出少量反應后的固體粉末于試管中，加入足量稀鹽酸，若觀察到有大量氣泡產生且溶液變為淺綠色而非黃色，則說明氧化鐵已完全反應．上述判斷是否正確，理由是不正確，未反應的氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應，溶液也可變為淺綠色．
Ⅲ．已知在不同的溫度下，CO與氧化鐵反應能生成其它鐵的氧化物（或鐵單質）和CO₂．反應過程中丁中管內的固體質量隨溫度的變化曲線如圖2．
利用圖2顯示的相關信息，回答如下問題．
①在0～400℃溫度范圍內，管內固體質量不變，其原因是未達到反應所需的最低溫度．
②圖中x=1.68g．
③試據圖計算并推斷B點固體的合理化學式FeO．
④寫出在溫度500～600℃內，丁裝置中發生反應的化學方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂ ．

Answer 1

分析 【查閱資料】濃硫酸在甲酸分解反應中起脫水作用；
【實驗設計及操作】
I．根據酸的性質分析
Ⅱ．①實驗之前先檢查裝置的氣密性．根據甲酸（HCOOH）是無色易揮發的液體，制取的一氧化碳（甲裝置）中可能含有甲酸，用乙裝置處理，再干燥（戊裝置），通入反應裝置（丁），處理二氧化碳（丙）再進行尾氣處理；進行解答；
②根據一氧化碳還原氧化鐵實驗主要步驟為：（一）先通入一氧化碳一段時間（目的是排盡玻璃管內的空氣，防止加熱時玻璃管內的一氧化碳與空氣的混合氣體發生爆炸）；（二）點燃酒精噴燈給氧化鐵加熱；（三）熄滅酒精噴燈，繼續通一氧化碳直至裝置冷卻（防止剛生成的鐵在高溫下又與氧氣反應，使實驗失敗）；（四）停止通入一氧化碳．進行解答；
根據甲酸是無色易揮發的液體，裝置乙用來處理制取的一氧化碳可能含有甲酸，進行解答；
③裝置丁中觀察到的現象：紅色的氧化鐵粉末逐漸變為黑色；正確書寫反應的化學方程式；
④根據未反應的氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應，溶液也可變為淺綠色．進行解答．
Ⅲ．根據該實驗流程為：一氧化碳與氧化鐵在解熱的條件下，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧逐漸失去，最后得到單質鐵解答．

解答 解：【查閱資料】濃硫酸在甲酸分解反應中起脫水作用；
【實驗設計及操作】I．甲酸溶于水能電離出氫離子，溶液顯酸性，可使紫色石蕊變紅．甲酸與鋅粒反應產生氫氣；與氧化鐵反應生成甲酸鐵和水，鐵離子的溶液為黃色．
Ⅱ．①實驗之前先檢查裝置的氣密性．根據甲酸（HCOOH）是無色易揮發的液體，制取的一氧化碳（甲裝置）中可能含有甲酸，用乙裝置處理，再干燥（戊裝置），通入反應裝置（丁），處理二氧化碳（丙）再進行尾氣處理；所以裝置的連接順序為：甲→乙→戊→丁→丙；由于一氧化碳有毒污染空氣，所以應該有尾氣處理裝置．
②根據一氧化碳還原氧化鐵實驗主要步驟為：（一）先通入一氧化碳一段時間（目的是排盡玻璃管內的空氣，防止加熱時玻璃管內的一氧化碳與空氣的混合氣體發生爆炸）；（二）點燃酒精噴燈給氧化鐵加熱；（三）熄滅酒精噴燈，繼續通一氧化碳直至裝置冷卻（防止剛生成的鐵在高溫下又與氧氣反應，使實驗失敗）；（四）停止通入一氧化碳．可得：實驗時先點燃甲中的酒精燈，一段時間后再點燃丁中的酒精噴燈，目的是：產生CO氣體，排盡裝置內的空氣，防止加熱爆炸；
根據甲酸是無色易揮發的液體，裝置乙用來處理制取的一氧化碳中含有甲酸氣體；因此裝置乙的作用是：除去CO中的甲酸氣體；
③裝置丁中觀察到的現象：紅色的氧化鐵粉末逐漸變為黑色；
反應的化學方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④根據未反應的氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應，溶液也可變為淺綠色．
Ⅲ．①在0～400℃溫度范圍內，根本達不到反應所需的最低溫度，所以氧化鐵的質量并未改變．
故答案為：未達到反應所需的最低溫度．
②從400℃開始，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧開始逐漸失去，到700℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質．
根據元素守恒，鐵單質的質量=氧化鐵中鐵元素的質量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
故答案為1.68．
③B處氧化物中鐵的質量=氧化鐵中鐵元素的質量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
B處氧化物中氧的質量=氧化鐵中氧的質量-失去氧的質量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.16）g=0.48g
A處氧化物中鐵與氧原子個數比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.48g}{16}$=$\frac{1}{1}$，所以A處氧化物的化學式為FeO
故答案為：FeO
④A處氧化物中鐵的質量=氧化鐵中鐵元素的質量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
A處氧化物中氧的質量=氧化鐵中氧的質量-失去氧的質量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.32）g=0.64g
A處氧化物中鐵與氧原子個數比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.64g}{16}$=$\frac{3}{4}$，所以A處氧化物的化學式為Fe₃O₄
在溫度500～600℃內，丁裝置中發生反應的化學方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂
故答案為：【查閱資料】脫水；【實驗設計及操作】I．

	操作	實驗現象	原理或解釋
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液變成紅色	溶液中含氫離子
	加適量的鋅粒	觀察到 有氣泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化鐵粉末	觀察到紅棕色固體消失，溶液變成黃色	甲酸可以與金屬氧化物反應，工業上 可用甲酸除銹

Ⅱ．①檢查裝置的氣密性；乙→戊→丁→丙；加裝尾氣處理裝置．
②產生CO氣體，排盡裝置內的空氣，防止加熱爆炸；不能；如果不除去CO中的甲酸氣體，甲酸氣體會與氧化鐵以及石灰水反應；
③紅色的氧化鐵粉末逐漸變為黑色；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④不正確，未反應的氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應，溶液也可變為淺綠色．
Ⅲ．①未達到反應所需的最低溫度．
②1.68．
③FeO
④Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂

點評 本題主要考查學生運用所學化學知識綜合分析和解決實際問題的能力．增加了學生分析問題的思維跨度，強調了學生整合知識的能力．