Question

美國計劃2015年再次登陸月球，繼而在月球上建立基地，給人類登陸火星作準(zhǔn)備。為了早日實現(xiàn)夢想，1992年美國進(jìn)行了第一次利用實際的月球巖石——富含鈦鐵礦(FeTiO₃，鈦酸亞鐵)的玄武巖來獲得氧氣的試驗。研究發(fā)現(xiàn)：理論上，1 kg FeTiO₃被H₂還原后，最多可產(chǎn)出105 g O₂。

上述研究引起了甲、乙兩位學(xué)生的極大興趣，查閱文獻(xiàn)后，得知鈦鐵礦還能被C還原：

2FeTiO₃+C2Fe+2TiO₂+CO₂。

他們分別設(shè)計了兩套實驗裝置模擬測定鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的實驗。

        

                          圖1                                                         圖2

(1)學(xué)生甲設(shè)想用圖1裝置(A為電加熱裝置)從鈦鐵礦中提取氧，請寫出最簡便的實驗步驟：____________(選填下列數(shù)字編號)。

①通入N₂  ②停止通N₂  ③通入H₂  ④停止通H₂  ⑤加熱  ⑥停止加熱  ⑦稱取裝置B的質(zhì)量。

(2)學(xué)生乙設(shè)想用圖2裝置(A為電加熱裝置)從鈦鐵礦中提取氧，并且認(rèn)為該方案的意義在于：反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂可通過綠色植物的光合作用轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)，同時產(chǎn)生氧氣(6O₂+6H₂O C₆H₁₂O₆+6O₂)。實驗過程中，稱得反應(yīng)前裝置A中鈦鐵礦的質(zhì)量為a g，炭粉的質(zhì)量為b g，反應(yīng)后裝置B中產(chǎn)生CaCO₃的質(zhì)量為c g，則鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為____________。

(3)經(jīng)專家評審后，認(rèn)定兩個方案都很有意義，但實驗設(shè)計方面還存在不足之處，例如圖2裝置在加熱時，還會產(chǎn)生CO，給實驗帶來誤差。請?zhí)岢鰧�圖2所示裝置應(yīng)采取的改進(jìn)措施：__________。改進(jìn)后，實驗自始至終需持續(xù)向2裝置A中通入N₂的目的是_____________。

(4)科學(xué)家們選用H₂而不用CO作還原劑的原因是：______________________________。

Answer 1

(1)⑦③⑤⑥④⑦

(2)×100%

(3)改用圖1裝置，并在B之后增加盛有CuO粉的燃燒管(稱取質(zhì)量差)及干燥管

首先將裝置中的空氣趕出，反應(yīng)開始后可將CO₂及時趕出使之被堿石灰吸收

(4)H₂的氧化產(chǎn)物水經(jīng)過電解產(chǎn)生氧氣和氫氣，使H₂能夠被循環(huán)利用

解析：(1)首先通H₂將裝置內(nèi)的空氣排出而后用H₂與O₂反應(yīng)生成水，生成的水被堿石灰吸收測兩次質(zhì)量差就是H₂O的質(zhì)量，從而測出O₂的質(zhì)量。故順序為⑦③⑤⑥④⑦。

(2)含氧的質(zhì)量為×32 g·mol^-1= g

故鈦鐵礦中可提取氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%。

(4)科學(xué)家選用H₂而不用CO是因為H₂的氧化產(chǎn)物水經(jīng)過電解后產(chǎn)生O₂和H₂，使得H₂能夠被循環(huán)利用。