Question

草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)是一種淺黃色固體，難溶于水，受熱易分解，是生產(chǎn)鋰電池的原材料。某化學興趣小組設計實驗驗證草酸亞鐵熱分解的氣體產(chǎn)物，并用熱重法（TG）確定其分解后固體產(chǎn)物的組成。探究過程如下：

【查閱資料】

1. 草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO、CO₂

2. 白色的無水CuSO₄遇水蒸氣會變成藍色

【實驗設計】

（1）從環(huán)保角度考慮，該套實驗裝置的明顯缺陷是          。

（2）可選擇以下實驗裝置中的      (選填：“甲”或“乙”)作為虛線中的“熱分解裝置”。

【問題討論】

（3）D中濃硫酸的作用是        ，實驗過程中觀察到B中白色無水CuSO₄變成藍色，C中澄清石灰水變渾濁，E中            （填實驗現(xiàn)象），則可證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO₂、CO。

（4）該興趣小組進行上述實驗時，先點燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時間后再點燃E處的酒精燈，原因是                                              。

（5）若通過F裝置中澄清石灰水變渾濁來證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物中有CO，則需在C和D裝置之間增加盛有      (填物質(zhì)的名稱或化學式)溶液的洗氣瓶。

【數(shù)據(jù)分析】

（6）稱取3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O，相對分子質(zhì)量180)用熱重法對其進行熱分解，得到剩余固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如下圖所示，請分析該圖回答下列問題：

①過程Ⅰ發(fā)生反應的化學方程式為                                。

②3000℃時剩余固體只有一種且是鐵的氧化物，試通過計算確定該氧化物的化學式或名稱          。（請寫出計算過程）

 

Answer 1

【答案】

（1）未進行尾氣處理   （2）乙   （3）干燥氣體    黑色固體變成紅色

（4）將裝置中的空氣排盡，防止CO和空氣的混合氣體受熱爆炸    （5）NaOH

（6）①FeC₂O₄▪2H₂OFe C₂O₄+2H₂O↑  

②Fe₂O₃(或氧化鐵)

解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

【解析】

試題分析：（1）草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO、CO₂，其中一氧化碳氣體如排放到空氣中會造成空氣污染，所以該裝置應在最后加上尾氣處理裝置。

（2）草酸亞鐵晶體是固體，所以加熱時試管口向略向下傾斜以防止產(chǎn)生的水倒流回試管底部引起試管的炸裂。因此應選乙裝置作用熱分解裝置。

（3）裝置B的作用是檢驗生成的物質(zhì)中是否有水，裝置C的作用是檢驗生成物中是否有二氧化碳。裝置D中的濃硫酸的作用是將氣體進行干燥，以防水蒸氣影響后面的反應。

（4）先點燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時間后再點燃E處的酒精燈。是為了利用生成的氣體將裝置內(nèi)的空氣排出，以防止形成一氧化碳與空氣的混合氣體在加熱時發(fā)生爆炸。

（5）若通過F裝置中澄清石灰水變渾濁來證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物中有CO，則需要將固體分解生成的二氧化碳全部除去。因此需要在C（驗證生成的氣體中有二氧化碳）和D裝置之間增加盛有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶。

（6）①從圖中可知在過程Ⅰ中固體的質(zhì)量減少值為0.72g。這是晶體中所含結晶水的質(zhì)量。

3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)含結晶水的質(zhì)量為：3.60g×（×100%）=0.72g

所以過程Ⅰ發(fā)生的反應為：FeC₂O₄▪2H₂O △Fe C₂O₄+2H₂O↑

②已知剩余固體的質(zhì)量為1.60g，且是鐵的氧化物。求該氧化物的化學式。可先根據(jù)鐵元素在草酸亞鐵晶體中的質(zhì)量分數(shù)求出鐵元素的質(zhì)量，再利用鐵和氧元素在氧化物中的質(zhì)量進行求解。具體解題過程如下：

解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

考點：科學探究、根據(jù)的計算

點評：本題結合草酸亞鐵晶體的分解考查了實驗方案設計、實驗現(xiàn)象分析、實驗數(shù)據(jù)分析（根據(jù)化學式的計算）等知識點。綜合性較強。