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)量分數(shù)，興趣小組的同學進行了如下實驗，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】用下圖所示裝置進行實驗：

（2）實驗前應先檢查裝置的氣密性．
（3）進入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)生反應的一個化學方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【數(shù)據(jù)分析與計算】
【資料2】鐵的常見氧化物中鐵的質(zhì)量分數(shù)：

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

（7）稱取鐵紅樣品10.0g，用上述裝置進行實驗，測定鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)．
①D中充分反應后得到Fe粉的質(zhì)量為m g，則7.0＜m＜7.8．
②實驗前后稱得E裝置增重6.6g，則此鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)是76%．
【實驗評價】
反思1：本實驗中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），則測得樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)
會偏�。ㄌ睢捌�小”、“不變”或“偏大”）．
反思2：請指出問題討論中實驗裝置的一個明顯缺陷缺少尾氣處理裝置或未檢驗水是否除盡．

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；實驗前應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，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，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，因為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)量分數(shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；本實驗中如果缺少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)量分數(shù)會偏��；實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置或檢驗水是否除盡．

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）實驗前應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，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，一氧化碳可以用濃硫酸干燥，故選：c，a；
（4）B裝置還可以檢驗二氧化碳是否除盡；
（5）一氧化碳和空氣的混合氣點燃可能發(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}$=4.8g，因為一個一氧化碳分子只能與氧化鐵中一個氧原子變成二氧化碳，因此氧元素的質(zhì)量一半一半，4.8g氧元素的質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；
【實驗評價】反思1：本實驗中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質(zhì)量偏大，則測得樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)會偏��；
反思2：一氧化碳有毒，實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置．
故答案為：（1）d；
（2）檢查裝置的氣密性；
（3）c，a；
（4）驗證CO₂已除盡；
（5）①將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸（或以免產(chǎn)生測定誤差）；
②驅(qū)趕裝置中滯留的CO₂，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收（或防止空氣進入，鐵被氧化）；
（6）Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（7）①7.0，7.8；
②76.0%；
【實驗評價】反思1：偏��；
反思2：缺少尾氣處理裝置或未檢驗水是否除盡．

點評 本考點屬于實驗探究題，實驗探究題是近幾年中考的熱點之一，它包括實驗方法和過程的探究，實驗結(jié)論和實驗規(guī)律的探究等．本題通過實驗現(xiàn)象和分析，得到了正確的結(jié)論，屬于實驗過程和結(jié)論的探究．同學們要具體分析，綜合掌握．