Question

【題目】實驗室采用簡易裝置模擬演示工業煉鐵原理，實驗裝置圖和實驗步驟如下：

① 按上圖連接好裝置，檢查裝置氣密性。

② 稱取適量 Fe2O3于石英試管中，點燃Ⅰ處酒精燈，緩慢滴入甲酸。

③ 在完成某項操作后，點燃另外兩處酒精燈。

④ 30 min后熄滅酒精燈，關閉彈簧夾。

⑤ 待產物冷卻至室溫后，收集產物。

⑥ 采用如上方法分別收集帶金屬網罩酒精燈（金屬網罩可以集中火焰、提高溫度）和酒精噴燈加熱的產物。

請回答下列問題：

（1）制備CO的原理是利用甲酸（HCOOH）在濃硫酸加熱條件下的分解制得，盛放甲酸的儀器名稱為 ，該反應的化學方程式 。

（2）實驗步驟③某項操作是指 。

（3）實驗步驟④熄滅酒精燈的順序為______________。（填I，II，III）

（4）通過查資料獲取如下信息：

I．酒精燈平均溫度為600℃；加網罩酒精燈平均溫度為700℃，酒精噴燈平均溫度為930℃。

II．資料指出當反應溫度高于710℃，Fe能穩定存在，680℃～710℃之間，FeO穩定存在，低于680℃，則主要是Fe3O4。試分析酒精燈加熱條件下生成Fe的原因是 。

（5）已知FeO、Fe2O3、Fe3O4氧元素的質量分數分別為：22.2%、30%、27.6%。利用儀器分析測出3種樣品所含元素種類和各元素的質量分數如下表：

加熱方式	產物元素組成	各元素的質量分數%[§科§網]
		Fe	O
酒精燈	Fe和O	74.50	25.50
帶網罩酒精燈	Fe和O	76.48	23.52
酒精噴燈	Fe	100.00	0.00

分析各元素的質量分數可知前二種加熱方式得到的產物為混合物，其中酒精燈加熱所得產物的組成最多有_______種可能。

（6）通過進一步的儀器分析測出前二種加熱方式得到的固體粉末成分均為Fe3O4和Fe，用酒精噴燈加熱得到的固體粉末成分為Fe。請計算利用酒精燈加熱方式混合物中Fe3O4和Fe的質量比為_____。（要求保留整數）

Answer 1

【答案】（1）分液漏斗（2分） HCOOHCO↑ + H2O（2分） （2）檢驗CO純度（2分）

（3）III，I，II (答III，II， I也給分)（2分）

（4）長時間集中加熱使局部溫度達到還原生成鐵所需要的溫度（2分）（其它正確答案參照給分）

（5）9種（2分） （6）12：1（2分）

【解析】

試題分析：（1）在濃硫酸加熱條件下，HCOOH分解可得CO，根據質量守恒可知另一個產物為水，反應的化學方程式為：HCOOHCO↑+H2O，盛放甲酸的儀器名稱為分液漏斗。

（2）CO是可燃性氣體，因此應先檢驗CO純度后點燃另外兩處酒精燈，先檢驗CO純度目的看試管內的空氣是否排凈，防止爆炸。

（3）實驗結束后要等試管冷卻后才停止通一氧化碳，故先熄滅Ⅲ處酒精燈，是為了防止生成熱的鐵被空氣中的氧氣氧化；應最后熄滅Ⅰ處酒精燈，目的是防止多余的一氧化碳進入空氣中污染環境。所以實驗步驟④熄滅酒精燈的順序為 Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ。

（4）加網罩酒精燈平均溫度為700℃，當反應溫度高于710℃，Fe能穩定存在，溫度差比較小，長時間集中加熱可使局部溫度達到生成還原鐵所需要的溫度。

（5）由數據可知，Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4中Fe元素的百分含量分別為100﹪、77.8%、70%、72.4%，酒精燈加熱所得產物中Fe元素的百分含量為74.50%，混合物中至少有一個Fe元素含量大于74.50%，至少有一個Fe元素含量小于74.50%，故混合物中一定有Fe和FeO中的至少一種，也一定有Fe2O3和Fe3O4中的一種，這樣就會出現，兩種混合的有4種：Fe、Fe2O3，Fe、Fe3O4，FeO、Fe2O3，FeO、Fe3O4，三種混合的有4種：Fe、Fe2O3和Fe3O4，FeO、Fe2O3和Fe3O4，Fe2O3、Fe和FeO，Fe3O4、Fe和FeO ，四種混合的有1種：Fe、FeO、Fe2O3和Fe3O4，共9種。

（6）根據酒精燈加熱得到的產物為Fe3O4和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50％，設Fe3O4的質量為x，Fe的質量為y，則＝74.50％，解得：≈12:1。