题目内容

法国化学家亨利?莫瓦桑一生在化学元素发现史上做出了重大贡献．莫瓦桑最初的无机化学研究课题是自燃铁（发火金属；打火石）．莫瓦桑将氧化亚铁放在氢气流下加热还原，制得了自燃铁（颗粒很细的金属铁，在空气中撞击或受热会燃烧）．
某研究性学习小组拟模仿莫瓦桑开展在实验室制备自燃铁研究．由于没有现存的氧化亚铁，查资料得知可以通过在隔绝氧气条件下加热草酸亚铁（FeC₂O₄）制得氧化亚铁：FeC₂O $数学公式$ FeO+CO↑+CO₂↑
由此，小组设计了一套先制备氧化亚铁，继后制备自燃铁的装置（铁架台等固定仪器装置在图中略去未画出）：

分析该套装置的原理回答下列问题：
（1）写出用氧化亚铁制备自燃铁的化学方程式：
（2）仪器组装好后，首先要做的工作是：；具体方法是：．
（3）实验中B装置的意义是：．
（4）对该实验操作，小组同学归纳了如下一些实验步骤进行选择和组合：
①点燃D处酒精灯，②打开分液漏斗活塞让溶液缓缓滴下，③关闭A、B之间的活塞开关，④熄灭酒精灯，⑤往D的玻管内通相对足够时间的气体排出原存留气体，⑥继续通气体至D的玻管内固体冷却，⑦撤下仪器，⑧打开A、B之间的活塞开关，⑨关闭分液漏斗活塞．则在第一阶段制备氧化亚铁中，必须经过的实验步骤且正确的顺序是：；继续进行第二阶段制备自燃铁的实验步骤和正确的顺序是：；
（5）该套装置有没有明显的问题？，如有，回答如何改进：．

解：（1）用氧化亚铁制备自燃铁的化学方程式为：FeO+H₂ $\text{[math]}$ Fe+H₂O；
故答案为：FeO+H₂ $\text{[math]}$ Fe+H₂O；
（2）过程中发生的反应是气体参加的反应，整个过程的装置不能漏气，需要先进行检查装置气密性；方法为：将D、E之间的胶管夹住；B的分液漏斗活塞关闭；打开A、B之间的开关；从A的漏斗中加水到一定程度，可观察A中漏斗是否会形成一段稳定的水柱保持不变；
故答案为：检查气密性；将D、E之间的胶管夹住；B的分液漏斗活塞关闭；打开A、B之间的开关；从A的漏斗中加水到一定程度，可观察A中漏斗是否会形成一段稳定的水柱保持不变；
（3）B装置是大理石和盐酸反应生成二氧化碳气体的装置，目的是利用二氧化碳气体排净装置中空气，特别是D装置中，避免生成的着火铁被氧气氧化；
故答案为：产生CO₂气体排出D中的空气；
（4）在第一阶段制备氧化亚铁中必须经过的实验步骤是检验装置气密性、制备二氧化碳气体、充满整个装置、加热D装置制备氧化亚铁、气体通道D处冷却；第二阶段是氢气还原氧化亚铁，同样是先检查装置气密性、制备氢气、加热D装置还原氧化亚铁，熄灭酒精灯，完成后撤下装置；
故答案为：：③②⑤⑨①④⑥； ⑧⑤①④⑥③⑦；
（5）装置中生成氢气和二氧化碳气体的试剂用的盐酸挥发出氯化氢气体对后续反应产生影响，需要除去，草酸铁分解生成的一氧化碳气体需要点燃除去，不能排到大气中；
故答案为：有；B、C之间应该增加一个除HCl的洗气瓶； E后面应有处理第一阶段尾气中CO的措施；
分析：（1）化亚铁放在氢气流下加热还原，制得了自燃铁．氧化亚铁和氢气反应生成铁和水；
（2）过程中发生的反应是气体参加的反应，整个过程的装置不能漏气，需要先进行检查装置气密性，利用装置中的压强变化和液面变化分析判断；
（3）B装置是生成二氧化碳气体的装置，目的是排净装置D中空气，避免生成的着火铁被氧气氧化；
（4）依据实验操作步骤和操作过程，结合实验过程中注意问题选择步骤顺序；第一阶段是排净空气加热分解草酸铁得到氧化亚铁，第二阶段是制备氢气通过装置，加热还原氧化亚铁；
（5）装置中生成氢气和二氧化碳气体的试剂用的盐酸挥发出氯化氢气体对后续反应产生影响，草酸铁分解生成的一氧化碳气体需要点燃除去，不能排到大气中；
点评：本题考查了实验制备物质的实验方案，铁及其化合物性质的分析应用，实验步骤和方案的设计，题目难度较大．