Question

5．鐵制品銹蝕的過程，實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)的過程，銹的主要成分是Fe₂O₃?xH₂O．某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中用足量一氧化碳還原鐵銹，裝置如下圖，酒精燈b的作用是點(diǎn)燃多余的一氧化碳，防止污染空氣．

【實(shí)驗(yàn)操作】該實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，要先通一氧化碳，目的是排凈裝置中的空氣，防止爆炸．
【現(xiàn)象分析】實(shí)驗(yàn)過程中，觀察到玻璃管中固體紅色粉末逐漸變黑，澄清石灰水變渾濁，證明一氧化碳還原了鐵銹，寫出化學(xué)方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【提出問題】一氧化碳還原鐵銹的固體產(chǎn)物是鐵嗎？
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】上述反應(yīng)進(jìn)行完全后，冷卻到室溫，取少量管中的固體，加入稀鹽酸，若觀察到有氣泡產(chǎn)生，則證明有鐵生成．該小組同學(xué)按上述設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并未觀察到預(yù)期現(xiàn)象．
【查閱資料】氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)，可能生成四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
【實(shí)驗(yàn)反思】的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
【重新實(shí)驗(yàn)】該小組同學(xué)用修改后的裝置重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完全反應(yīng)后，冷卻到室溫，取少量玻璃管中的固體，加入硫酸銅溶液，觀察到有紅色固體析出，證明有鐵生成．
【拓展應(yīng)用】該小組同學(xué)用修改后的裝置進(jìn)行赤鐵礦的實(shí)驗(yàn)，使赤鐵礦中的氧化鐵全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F（已知赤鐵礦中的雜質(zhì)不與反應(yīng)），測(cè)得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛赤鐵礦粉末的總質(zhì)量70.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）；
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛固體的總質(zhì)量67.6g（冷卻到室溫稱量）．則該赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的鐵生銹的知識(shí)進(jìn)行分析解答，鐵在與水和氧氣并存時(shí)易生銹．根據(jù)一氧化碳有毒，直接排放會(huì)污染空氣來分析解答；
【實(shí)驗(yàn)操作】根據(jù)一氧化碳的可燃性分析；
【現(xiàn)象分析】根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵的現(xiàn)象來分析；
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】根據(jù)金屬的性質(zhì)來分析；
【實(shí)驗(yàn)反思】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，從而考慮裝置的改進(jìn)；
【重新實(shí)驗(yàn)】根據(jù)金屬的化學(xué)性質(zhì)來分析；
【拓展應(yīng)用】根據(jù)減少的質(zhì)量為氧化鐵中氧元素的質(zhì)量以及化學(xué)方程式來分析．

解答 解：鐵在與水和氧氣并存時(shí)易生銹，故填：氧氣、水蒸氣（或O₂、H₂O）
如果通入的CO過量，有毒的一氧化碳就會(huì)沿導(dǎo)管排入大氣中，所以尾氣要處理后排入大氣．用酒精燈將其點(diǎn)燃，是為了防止造成空氣的污染，故填：點(diǎn)燃多余的一氧化碳，防止污染空氣；
【實(shí)驗(yàn)操作】一氧化碳具有可燃性，如果不純可能發(fā)生爆炸，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，要先通一氧化碳，排凈裝置中的空氣，防止爆炸．故填：排凈裝置中的空氣，防止爆炸；
【現(xiàn)象分析】氧化鐵在一氧化碳的還原作用下，由紅色氧化鐵粉末逐漸變成黑色鐵粉末；除生成鐵以外，還生成二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)，使澄清石灰水變渾濁，一氧化碳與氧化鐵在高溫的條件下，生成鐵和二氧化碳，配平即可．化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：紅色粉末逐漸變黑；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】鐵能與酸反應(yīng)生成氫氣，所以若有鐵存在，會(huì)看到有氣泡產(chǎn)生，故填：有氣泡產(chǎn)生；
【實(shí)驗(yàn)反思】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間．上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中，應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
故填：將酒精燈a換成酒精噴燈（或給酒精燈a加網(wǎng)罩）；
【重新實(shí)驗(yàn)】除上述方案，還可以采取另一種實(shí)驗(yàn)方案，所用的試劑是硫酸銅溶液，鐵與硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵；所以，可通過觀察是否有紅色固體生成，判斷黑色固體中是否含金屬鐵；故填：有紅色固體析出；
【拓展應(yīng)用】玻璃管中固體減少的質(zhì)量即為氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量：70.0g-67.6g=2.4g；
設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為x，則
3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?固體質(zhì)量減少
    160                    112         160-112=48
     x                                               2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8.0g
該赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8.0g}{70.0g-60.0g}×100%$=80%
故填：80%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng)，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答．