Question

某同学为测定12g含杂质的氧化铁样品中氧化铁的质量分数，利用稀硫酸和锌粒制取氢气，设计了如图所示的装置，进行有关的实验探究（提示：氢气和氧化铁在高温条件下发生置换反应，杂质不参加反应，浓硫酸具有吸水性，假定每步均完全反应或吸收）．
主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；
②缓缓通入干燥的氢气；     ③点燃B处酒精灯；     ④反应结束熄灭B处酒精灯；
⑤待装置B冷却至室温再停止通氢气；     ⑥再次称量必要装置的质量．

	装置B	装置C
反应前的质量/g	86.3	286.9
反应后的质量/g	83.9	284.2

（1）仪器a的名称

玻璃管

．
（2）实验时先通氢气后加热的目的是

除去装置内的氧气，防止发生爆炸

，验证该步骤目的达到的实验方法是

收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音

．
（3）装置B处的现象

红色粉末变为黑色

．
（4）实验结束为什么先停止加热，待装置B冷却至室温再停止通氢气

防止温度降低，C中液体被倒吸入B中

．
（5）请计算样品中氧化铁的质量分数．（写出计算步骤，计算结果精确到0．l%）
（6）该实验还可测定组成水的各元素之间的质量关系，请用表中实验数据列式表示出水中氢、氧元素的质量比为

【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）

（不用化简）；若氧化铁没有完全反应，则求得水中氢、氧元素的质量比会

不变

（“偏大”、“偏小”或“不变”），若缺少装置A，则

偏大

．

Answer 1

分析：（1）据常用仪器回答；
（2）实验时先通氢气后加热的目的是：除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；
（3）氧化铁与氢气反应生成铁和水，据此分析装置B处的现象；
（4）根据装置特点分析操作的原因；
（5）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，计算出氧化铁的质量，进而计算氧化铁的质量分数；
（6）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，也就是生成的水中氧元素的质量，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，故而可求出氢氧元素的质量比；物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变小．

解答：解：（1）仪器a是两端开口的玻璃管；
（2）实验时先通氢气后加热的目的是：除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音，若听到‘噗’的一声，说明空气已排尽；
（3）氧化铁与氢气在加热的条件下反应生成铁和水，氧化铁是红色粉末，铁粉是黑色粉末，所以会在B处观察到红色粉末变为黑色；
（4）观察装置，实验结束先停止加热，待装置B冷却至室温再停止通氢气，是为了防止温度降低，C中液体被倒吸入B中；
（5）B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，即86.3g-83.9g=2.4g
则氧化铁的质量为：2.4g÷

16×3

56×2+16×3

×100%=8g
∴样品中氧化铁的质量分数为：

8g

12g

×100%≈66.7%；
答：样品中氧化铁的质量分数为66.7%；
（6）由（5）可知氧化铁中氧元素的质量即是水中氧元素的质量，即2.4g，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，即（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g），故氢元素和氧元素的质量比为：【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；
因为物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变大；
故答案为：（1）玻璃管；
（2）除去装置内的氧气，防止发生爆炸；收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；
（3）红色粉末变为黑色；
（4）防止温度降低，C中液体被倒吸入B中；
（5）66.7%；
（6）【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；不变；偏大．

点评：本题考查知识综合而全面，能很好的考查知识的运用及实验分析的能力．根据所给的实验数据分析，B装置减少的质量是氧元素的质量，C装置增加的质量是反应生成的水的质量，这是解决本题的关键．