Question

20．工业铁红的主要成分是Fe₂O₃，还含有少量的FeO、Fe₃O₄．为了测定铁红中铁元素的质量分数，兴趣小组的同学进行了如下实验，请你参与过程分析．
[资料1]碱石灰既能吸收水又能吸收二氧化碳；浓硫酸可以吸收水蒸气；
[资料2]实验室常用氢氧化钠溶液来除去CO₂ 反应生成碳酸钠和水；用澄清的石灰水
来检验CO₂气体；
[资料3]草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓H₂SO₄作用下受热分解，化学方程式为：
H₂C₂O₄•3H₂O$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CO₂↑+CO↑+4H₂O
（1）下列可用作草酸分解制取气体的装置是d（填字母编号）．

【问题讨论】用下图所示装置进行实验：

（2）实验前应先检查装置的气密性．
（3）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A、C中的试剂依次是c、a（填字母编号）．
a．浓硫酸       b．澄清的石灰水      c．氢氧化钠溶液
（4）写出A装置中发生的化学反应方程式CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
（5）B装置的作用是验证CO₂已除尽．
（6）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其作用分别是：
①加热前将装置中的空气排出，防止发生爆炸． ②停止加热后驱赶装置中滞留的二氧化碳，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收，同时能够防止空气进入，铁被氧化．
（7）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【数据分析与计算】
[资料4]铁的常见氧化物中铁的质量分数：

铁的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
铁的质量分数	77.8%	70.0%	72.4%

（8）称取铁红样品10.0g，用上述装置进行实验，测定铁红中铁的质量分数．
①D中充分反应后得到Fe粉的质量为m g，则7.0＜m＜7.78．
②实验前后称得E装置增重6.6g，则此铁红中铁的质量分数是76.0%．
【实验评价】
反思1：本实验中如果缺少C装置（不考虑其它因素），则测得样品中铁的质量分数
会偏小（填“偏小”、“不变”或“偏大”）．
反思2：请指出【问题讨论】中实验装置的一个明显缺陷缺少尾气处理装置，或没有检验水是否除尽．

Answer 1

分析 （1）根据反应过程可以选择发生装置；
（2）凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
（3）氢氧化钠溶液可以吸收二氧化碳气体，浓硫酸可以吸收水蒸气；
（4）根据反应物、生成物、反应条件及其质量守恒定律可以书写反应的化学方程式；
（5）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；
（6）一氧化碳是可燃性气体，与空气或氧气混合达到一定程度时，遇明火会发生爆炸；
（7）铁的氧化物在高温条件下能和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳；
（8）根据提供的数据可以判断铁的质量范围；
根据反应的化学方程式及其反应物、生成物的质量关系和二氧化碳的质量可以计算此铁红中铁的质量分数；
【实验评价】
一氧化碳有毒，扩散到空气中会污染环境．

解答 解：（1）草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解生成一氧化碳等物质，因此应该用d装置作为发生装置．
故填：d．
（2）实验前应先检查装置的气密性．
故填：检查装置的气密性．
（3）进入D中的气体是纯净、干燥的CO，则A、C中的试剂依次是氢氧化钠溶液、浓硫酸．
故填：c；a．
（4）A装置中，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，发生的化学反应方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
故填：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
（5）B装置的作用是验证CO₂已除尽．
故填：验证CO₂已除尽．
（6）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其作用分别是：
①加热前，将装置中的空气排出，防止发生爆炸；
②停止加热后，驱赶装置中滞留的二氧化碳，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收，同时能够防止空气进入，铁被氧化．
故填：将装置中的空气排出，防止发生爆炸；驱赶装置中滞留的二氧化碳，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收，同时能够防止空气进入，铁被氧化．
（7）D装置中，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，氧化亚铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，四氧化三铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式分别是：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，FeO+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+CO₂，Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO₂．
故填：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（8）①如果全部是氧化铁，铁的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亚铁，铁的最大量是10g×77.8%=7.78g．
故填：7.0；7.78．
②由Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，FeO+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+CO₂，Fe₃O₄+4CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3Fe+4CO₂可知，二氧化碳中的氧元素质量一半来自于一氧化碳，一半来自于铁的氧化物，
E装置增重6.6g，说明生成二氧化碳的质量是6.6g，6.6g二氧化碳中氧元素的质量为：6.6g×3244×100%=4.8g，那么铁的氧化物中氧元素的质量是4.8g÷2=2.4g，
则铁红中铁的质量分数=10g-2.4g10g×100%=76.0%，
故填：76.0%．
【实验评价】
本实验中如果缺少C装置（不考虑其它因素），水蒸气会进入E装置中，从而导致二氧化碳的质量偏大，铁的氧化物中氧元素质量偏大，铁元素质量偏小，导致测得样品中铁的质量分数会偏小；
【问题讨论】中实验装置的明显缺陷是缺少尾气处理装置，没有检验水是否除尽．
故填：缺少尾气处理装置，或没有检验水是否除尽．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．