Question

20．工業(yè)鐵紅的主要成分是Fe₂O₃，還含有少量的FeO、Fe₃O₄．為了測定鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，興趣小組的同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)，請你參與過程分析．
【資料1】草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃H₂SO₄作用下受熱分解，化學(xué)方程式為：
H₂C₂O₄•3H₂O$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO₂↑+CO↑+4H₂O
（1）下列可用作草酸分解制取氣體的裝置是d（填字母編號）．

【問題討論】用下圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性．
（3）進(jìn)入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A、C中的試劑依次是c、a（填字母編號）．
a．濃硫酸       b．澄清的石灰水      c．氫氧化鈉溶液
（4）B裝置的作用是驗(yàn)證CO₂已除盡．
（5）對D裝置加熱前和停止加熱后，都要通入過量的CO，其作用分別是：
①加熱前將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸． ②停止加熱后驅(qū)趕裝置中滯留的CO₂，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收．
（6）寫出D裝置中所發(fā)生反應(yīng)的一個化學(xué)方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【數(shù)據(jù)分析與計(jì)算】
【資料2】鐵的常見氧化物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)	77.8%	70.0%	72.4%

（7）稱取鐵紅樣品10.0g，用上述裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
①D中充分反應(yīng)后得到Fe粉的質(zhì)量為m g，則7.0＜m＜7.8．
②實(shí)驗(yàn)前后稱得E裝置增重6.6g，則此鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是76%．
【實(shí)驗(yàn)評價】
反思1：本實(shí)驗(yàn)中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），則測得樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
會偏小（填“偏小”、“不變”或“偏大”）．
反思2：請指出問題討論中實(shí)驗(yàn)裝置的一個明顯缺陷缺少尾氣處理裝置或未檢驗(yàn)水是否除盡．

Answer 1

分析 草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，因此選用d裝置；實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性，二氧化碳一般用氫氧化鈉溶液吸收，用澄清的石灰水檢驗(yàn)，還可以檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，二氧化碳可以用濃硫酸干燥；加熱之前通入一氧化碳的目的是：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；加熱之后通入一氧化碳的目的是：驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收．一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，配平即可；如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；E裝置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的質(zhì)量=6.6g×$\frac{32}{44}$=4.8g，因?yàn)?.8g氧元素的質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；本實(shí)驗(yàn)中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質(zhì)量偏大，則測得樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏��；實(shí)驗(yàn)裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置或檢驗(yàn)水是否除盡．

解答 解：（1）草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，因此選用d裝置；
（2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性；
（3）二氧化碳一般用氫氧化鈉溶液吸收，用澄清的石灰水檢驗(yàn)，還可以檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡，一氧化碳可以用濃硫酸干燥，故選：c，a；
（4）B裝置還可以檢驗(yàn)二氧化碳是否除盡；
（5）一氧化碳和空氣的混合氣點(diǎn)燃可能發(fā)生爆炸，所以加熱之前通入一氧化碳的目的是：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；加熱之后通入一氧化碳的目的是：驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收；
（6）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（7）如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；E裝置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的質(zhì)量=6.6g×$\frac{32}{44}$=4.8g，因?yàn)橐粋�一氧化碳分子只能與氧化鐵中一個氧原子變成二氧化碳，因此氧元素的質(zhì)量一半一半，4.8g氧元素的質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；
【實(shí)驗(yàn)評價】反思1：本實(shí)驗(yàn)中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質(zhì)量偏大，則測得樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏小；
反思2：一氧化碳有毒，實(shí)驗(yàn)裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置．
故答案為：（1）d；
（2）檢查裝置的氣密性；
（3）c，a；
（4）驗(yàn)證CO₂已除盡；
（5）①將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸（或以免產(chǎn)生測定誤差）；
②驅(qū)趕裝置中滯留的CO₂，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收（或防止空氣進(jìn)入，鐵被氧化）；
（6）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（7）①7.0，7.8；
②76.0%；
【實(shí)驗(yàn)評價】反思1：偏��；
反思2：缺少尾氣處理裝置或未檢驗(yàn)水是否除盡．

點(diǎn)評 本考點(diǎn)屬于實(shí)驗(yàn)探究題，實(shí)驗(yàn)探究題是近幾年中考的熱點(diǎn)之一，它包括實(shí)驗(yàn)方法和過程的探究，實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的探究等．本題通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析，得到了正確的結(jié)論，屬于實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論的探究．同學(xué)們要具體分析，綜合掌握．