Question

【題目】已知鐵粉與水蒸氣在不同溫度下反應(yīng)，所得黑色固體產(chǎn)物的成分不同，某化學(xué)小組的同學(xué)為測定該固體產(chǎn)物的組成，稱取168mg純鐵粉，按下列步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

①如圖所示連接好裝置檢查氣密性裝入藥品

②打開K，加熱某裝置，一段時(shí)間后，再加熱另一裝置；

③反應(yīng)完成后，關(guān)閉K，停止加熱，冷卻后讀取收集到的氣體的體積

回答下列問題：

(1)實(shí)驗(yàn)中先點(diǎn)燃___________處的酒精燈，該操作在將D中的導(dǎo)管伸入量筒中準(zhǔn)備收集氣體之______ (填“前”或“后”)

(2)下列實(shí)驗(yàn)操作的目的是：

①將鐵粉和石棉絨混合均勻___________；

②關(guān)閉K___________。

(3)判斷鐵粉與水蒸氣反應(yīng)已經(jīng)完成的現(xiàn)象是___________。

(4)有同學(xué)認(rèn)為用D裝置測量氣體的體積時(shí)，伸入量筒中的導(dǎo)管應(yīng)適當(dāng)加長，該同學(xué)的理由是___________。

(5)用改進(jìn)后的正確裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集到氣體的體積為67.2mL(已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則固體產(chǎn)物的組成為___________。

Answer 1

【答案】A 后 增大鐵粉與水蒸氣的接觸面積，以便充分反應(yīng) 防止冷卻時(shí)，裝置內(nèi)的壓強(qiáng)下降過快將空氣吸入裝置，影響H2體積的測定 量筒內(nèi)液面不再發(fā)生變化 若導(dǎo)管太短，冷卻時(shí)，氣體不能回流，導(dǎo)致氣體體積偏大；若導(dǎo)管太長，導(dǎo)管不易插入量筒中，也不易從量筒中取出 FeO

【解析】

(1)在裝置內(nèi)含有空氣，空氣與Fe在加熱時(shí)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以要先加熱A處酒精燈，使裝置內(nèi)充滿水蒸氣，然后再加熱B處酒精燈；加熱A處酒精燈應(yīng)該在收集H2的操作之后進(jìn)行；

(2)從物質(zhì)的存在狀態(tài)及影響化學(xué)反應(yīng)速率的角度分析；從壓強(qiáng)影響物質(zhì)的收集及純度分析操作目的；

(3)反應(yīng)產(chǎn)生的H2是難溶于水的氣體，若反應(yīng)不再發(fā)生，則無氫氣產(chǎn)生；

(4)從氣體體積的熱脹冷縮及操作的難易分析；

(5)先計(jì)算Fe、H2的物質(zhì)的量，根據(jù)H2是Fe與水反應(yīng)的產(chǎn)物計(jì)算生成氧化物的化學(xué)式。

(1)裝置中的空氣與Fe會(huì)發(fā)生反應(yīng)，影響實(shí)驗(yàn)測定，因此要先加熱A處的酒精燈，用水蒸氣排出裝置內(nèi)的空氣，以防鐵粉受熱后與空氣反應(yīng)；因反應(yīng)后裝置內(nèi)會(huì)留有H2，必須將裝置內(nèi)的氣體全部收集到量筒中，否則所測氣體的體積將偏小，故加熱A前要先把D處收集裝置安裝好，即點(diǎn)燃A處酒精燈在將D中的導(dǎo)管伸入量筒中準(zhǔn)備收集氣體之后進(jìn)行；

(2)①Fe是固體物質(zhì)，為增大水蒸氣與Fe粉反應(yīng)的接觸面積，可以使用石棉絨，使Fe粉附著在石棉絨上；

②反應(yīng)完成后，關(guān)閉K，停止加熱，冷卻后讀取收集到的氣體的體積，關(guān)閉K目的是防止冷卻時(shí)，裝置內(nèi)的壓強(qiáng)下降過快將空氣吸入裝置，影響H2體積的測定；

(3)鐵粉與水蒸氣生成黑色產(chǎn)物，與鐵粉的顏色不易區(qū)分，只能根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生的H2的難溶性，用不再產(chǎn)生氣體，即氣體的體積不發(fā)生變化作為反應(yīng)完成的標(biāo)志；

(4)有同學(xué)認(rèn)為用D裝置測量氣體的體積時(shí)，伸入量筒中的導(dǎo)管應(yīng)適當(dāng)加長，該原因是反應(yīng)是在加熱時(shí)進(jìn)行的，產(chǎn)生的氫氣在溫度高時(shí)體積大，當(dāng)溫度降低時(shí)體積減小，若導(dǎo)管太短，冷卻時(shí)，氣體不能回流，導(dǎo)致氣體體積偏大；但是若導(dǎo)管太長，導(dǎo)管就不易插入量筒中，反應(yīng)結(jié)束時(shí)導(dǎo)氣管也不易從量筒中取出；

(5)n(Fe)=0.168g÷56g/mol=0.003mol，n(H2)=0.0672L÷22.4L/mol=0.003mol，n (Fe)：n (O) =1：1，所以根據(jù)電子守恒、元素守恒，可得反應(yīng)方程式為Fe+H2O(g)FeO+H2，則所得固體化學(xué)式為FeO。