Question

探究一：工业铁红的主要成分是Fe₂O₃，还含有少量的FeO、Fe₃O₄．某兴趣小组用草酸晶体制取CO，并进行了如下图所示实验．

试回答：
【查阅资料】草酸晶体（H₂C₂O₄?3H₂O）在浓H₂SO₄作用下受热分解生成CO₂和CO．
（1）实验前应先______．
（2）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A中试剂是______、C中的试剂是______（填字母编号）．
a．浓硫酸　　　　 b．澄清的石灰水　　　　c．氢氧化钠溶液
（3）F装置的作用是______．
（4）某同学认为图示装置有不足之处，改进的方法是______．
探究二：精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：
【物质制备】利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：

粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe₃C杂质，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式为Fe_xO_y+y H₂x Fe+y H₂O，Fe₃C+2H₂3Fe+CH₄．
（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式：______．
（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以生成CO外，还能______．
【含量测定】为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验．

已知3CH₄+4Fe₂O₃3CO₂+6H₂O+8Fe（假设每步反应都完全，且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）．
（3）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点燃A处酒精灯；
③缓缓通入纯净干燥的H₂；
④点燃C处酒精灯；
⑤分别熄灭A处、C处酒精灯；
⑥再缓缓通入少量H₂；
⑦再次称量必要装置的质量．
操作的先后顺序是①→③→______→⑤→⑥→⑦（填字母）
A．②→④B．④→②
（4）步骤③的目的是______，验证该步骤目的达到的实验方法是______；
（5）若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将______（填“偏大’’“偏小“或“不变“，下同）．
（6）粗还原铁粉样品的质量为20.000g，装置B、E分别增重0.360g和0.440g，则计算样品出中碳元素的质量分数是______，氧元素的质量分数是______．（无需计算过程）．

Answer 1

解：探究一、（1）实验前应先检查装置的气密性，否则会由于漏气使实验失败；
（2）二氧化碳一般用氢氧化钠溶液吸收，用澄清的石灰水检验，还可以检验二氧化碳是否除尽，一氧化碳可以用浓硫酸干燥；所以A中盛放的是氢氧化钠溶液，吸收二氧化碳，氢氧化钙是验证二氧化碳是否被除净，C中盛放的是浓硫酸，吸收水分；
（3）E装置中碱石灰可以吸收反应产生的二氧化碳，F装置中碱石灰是防止空气中二氧化碳、水蒸气进入E装置中，影响实验的测定；
（4）实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置，没有参加反应的一氧化碳会污染空气，在F后用酒精灯点燃没有参加反应的气体．因此可以在在F后用酒精灯点燃；
探究二、（1）氧化铁在高温条件下能与CO发生反应生成铁与二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂；
（2）焦炭燃烧放出大量的热，产生的热量使装置内其它反应得以发生；
（3）根据题目中的假设情况，为使装置A反应产生的甲烷气体全部在装置C中发生反应，操作时应先将C处酒精灯点燃，然后再点燃A处酒精处；
（4）步骤③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；有剩余则没有完全被除掉；
（5）若缺少装置D，氧元素的测定时取决于B装置的吸收，所以是不会影响的（后面与氧化铁的反应物是甲烷气体反应造成的，所以二氧化碳中的氧元素不会影响到）；
（6）装置B增重0.360g，则粗还原铁粉与氢气反应生成水的质量为0.180g，生成水中氧元素质量=0.360g××100%=0.320g；
样品中氧元素的质量分数=×100%=1.6%
装置E增重0.440g，则甲烷与氧化铁反应生成二氧化碳的质量为0.440g，生成二氧化碳中碳元素质量=0.440g××100%=0.120g
样品中碳元素的质量分数=×100%=0.6%
答：样品中氧和碳元素的质量分数分别为1.6%、0.6%．

故答案为：探究一（1）检查装置气密性； （2）c a； （3）防止空气中二氧化碳、水蒸气进入E装置中； （4）在F后用酒精灯点燃；
探究二（1）Fe₂O₃+3CO2Fe+3CO₂ （2）提供热量 （3）B
（4）除去装置内的氧气（或空气），防止发生爆炸；收集尾气点燃，听声音；
（5）不变；（6）0.6%g 1.6%．
分析：探究一、（1）草酸晶体（H₂C₂O₄?3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解，实验前应先检查装置的气密性；
（2）二氧化碳一般用氢氧化钠溶液吸收，用澄清的石灰水检验，还可以检验二氧化碳是否除尽，二氧化碳可以用浓硫酸干燥；
（3）碱石灰能够学生二氧化碳和水蒸气；
（4）实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置；
探究二、（1）CO具有还原性，能与氧化铁反应而使氧化铁还原成铁，同时放出二氧化碳；
（2）焦炭燃烧放出大量的热，该热量可维持其它反应的发生；
（3）装置A在加热时发生反应，生成的水与甲烷通过装置B处理后进入装置C，进入该装置的气体在加热条件下发生反应；
（4）步骤③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；
（5）若缺少装置D，氧元素的测定时取决于B装置的吸收，所以是不会影响的（后面与氧化铁的反应物是甲烷气体反应造成的，所以二氧化碳中的氧元素不会影响到）；
（6）装置B中浓硫酸吸收氢气与粗还原铁粉反应生成的水，由该装置增重为反应生成水的质量可求得粗还原铁粉中氧元素质量；装置E中碱石灰吸收甲烷与氧化铁反应产生的二氧化碳，由该装置增重为反应生成二氧化碳的质量可计算出粗还原铁粉中所含碳元素质量．
点评：本题考查了常规性的冶炼铁的原理及实验的注意事项等，并在此基础上通过对铁冶炼原理的知识迁移，理解该题的实验过程及目的，考查了知识的运用及实验分析的能力．