Question

【题目】某兴趣小组对一氧化碳还原氧化铁的相关知识进行了深入研究。

（知识回顾）写出一氧化碳还原氧化铁的化学方程式______________________。

（提出问题）该小组同学发现甲烷的性质与氢气、一氧化碳有很多相似之处。氢气、一氧化碳具有还原性，那么甲烷有没有还原性呢？

（查阅资料）1无水硫酸铜是白色固体，吸收水分后变为蓝色。

2铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铁的氧化物与稀硫酸反应时无气体生成

（实验探究）为探究上述问题，设计如下装置并进行实验。

（1）实验开始时先通一段时间甲烷的目的是_________________。

（2）加热一段时间后，观察到A中硬质玻璃管中的固体粉末由红色全部变成黑色，取少量黑色粉末于试管中，加入适量稀硫酸，观察到_____（填实验现象），说明有铁生成；B中白色固体变蓝，说明有_____生成；C中澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成。

（结论）甲烷有还原性，若生成的黑色粉末全部是铁，甲烷还原氧化铁的化学方程式为_____________。

（反思质疑）查阅资料得知：酒精灯加热时达不到高温，生成物中可能混有铁的其他氧化物FexOy．为探究甲烷与氧化铁反应后所得黑色粉末的成分，继续进行如下实验：

（1）探究黑色粉末中单质铁的质量分数：

①将图1各装置按照一定顺序连接，接口顺序是a→_____→_____→d（填序号）。

②检查装置气密性，称取7.2g黑色粉末 放入烧瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打开分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至无气泡产生，通过测量量筒内水的体积得出氢气质量为0.05g。计算黑色粉末中单质铁的质量分数_________。（写出计算过程，结果保留到0.1%）（Fe + H2SO4=FeSO4 + H2↑）

（2）确定黑色粉末中FexOy的化学式：检查图2装置的气密性，另称取上述黑色粉末7.2g放入硬质玻璃管中，加热至完全反应，称得硬质玻璃管内剩余固体为5.6g，经检验全都是铁。若原黑色粉末中铁的氧化物只有一种，则FexOy的化学式为________。从环保角度分析，图2装置存在的明显缺陷是__________。

Answer 1

【答案】 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸 有气泡产生 水 c b 19.4% FeO 没有进行尾气的处理

【解析】

[知识回顾]

一氧化碳与氧化铁在高温条件下反应生成铁和二氧化碳，故化学方程式为：；

[实验探究]

（1）通入的甲烷具有可燃性，甲烷与空气的混合气体加热可能发生爆炸，故实验开始时先通一段时间甲烷的目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸，故填：排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸；

（2）取少量黑色粉末于试管中，加入适量稀硫酸，反应后生成的黑色粉末中，若有铁，加入稀硫酸，铁与稀硫酸反应生成氢气，故观察到有气泡产生，说明有铁生成；B中装有白色的无水硫酸铜固体，资料中提供：无水硫酸铜是白色固体，吸收水分后变为蓝色；B中白色固体变蓝，说明有水生成，故填：有气泡产生；水；

[结论]

根据上述实验，甲烷与氧化铁反应生成铁、水和二氧化碳，故甲烷还原氧化铁的化学方程式为：；

[反思质疑]

（1）①铁和稀硫酸反应生成的硫酸亚铁和氢气，使用排水法收集，则气体从短管进入，故接口顺序是a→c→b→d，故填：c；b；

②检查装置气密性，称取7.2g黑色粉末 放入烧瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打开分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至无气泡产生，通过测量量筒内水的体积得出氢气质量为0.05g。

设生成0.05g氢气，需铁的质量为X

X=1.4g

故黑色粉末中单质铁的质量分数=；

（2）取上述黑色粉末7.2g放入硬质玻璃管中，加热至完全反应，称得硬质玻璃管内剩余固体为5.6g，故氧元素的质量=7.2g-5.6g=1.6g，则铁元素和氧元素的原子个数比为：：=1:1，故FexOy的化学式为FeO；从环保角度分析，图2装置是用一氧化碳还原黑色粉末，一氧化碳能与血液中的血红蛋白结合，造成人体缺氧（有毒），一氧化碳不能与澄清的石灰水反应，在装置中的尾气没有处理。

故填：FeO；没有进行尾气的处理。