Question

20．如图所示为实验室中常见气体制备、净化、干燥、收集和性质实验的部分仪器（组装实验装置时，可重复选择仪器），某化学小组的同学欲利用其进行下列各探究实验．

（1）高锰酸钾（KMn0₄）固体在加热的条件下，能较快的分解为锰酸钾（K₂MnO₄）、二氧化锰和氧气．小明同学欲在实验室以此方法制备并收集干燥的氧气，按照要求设计实验装置、连接仪器，并检验装置的气密性．
①所选仪器的连接顺序为BEG（从左到右填写仪器序号字母）
②用高锰酸钾制备氧气所发生的化学方程式为2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）用一氧化碳气体（含少量二氧化碳）测定某铁的氧化物（Fe_xO_y）的元素组成比例，并验证反应中气体生成物的性质，所选仪器按C₁→E₁→D→C₂→E₂顺序连接按（C₁、C₂）为盛有石灰水的洗气瓶，（E₁、E₂）为浓硫酸洗气瓶，设过程中所有反生的反应都恰好完全反应），并检验装置的气密性，所设计的实验装置中气体流向是从左向右．
①反应前大玻璃管中加入铁的粉末状氧化物（Fe_xO_y）试样，当D装置中的Fe_xO_y全部被还原，实验结束后，继续通入一氧化碳气体，直至大玻璃管冷却．称量剩余固体的质量为16.8g，同时测得C2装置的质量增加了17.6g，则Fe_xO_y中，铁元素与氧元素的质量比为168：45．
②装置E₁的作用是干燥二氧化碳，
装置C₂的现象是澄清的石灰水变浑浊．
③若装置中没有连接装置C₁，这样测算出的该铁的氧化物中氧元素的质量与实际值比较将偏大（填“偏大”、“偏小”或“基本一致”之一）
④对于该实验方案设计还存在不完善之处，你的具体改进方案是在装置最后加一个燃着的酒精灯．

Answer 1

分析 （1）①高锰酸钾制取氧气为固体加热反应，生成的氧气用浓硫酸干燥，用向上排空气法收集；
②据反应原理写出方程式；
（2）①欲用一氧化碳气体（含少量二氧化碳气体）测定某不纯氧化铁样品的纯度（杂质不参与任何反应），并验证反应中气体生成物的性质，则须先除去二氧化碳，避免干扰，除去二氧化碳 用澄清的石灰水，二氧化碳与澄清的石灰水反应生成碳酸钙沉淀和水；
②D₂处放的是澄清的石灰水，可与一氧化碳和氧化铁反应生成的二氧化碳充分反应，故该装置增加的质量即是反应生成的二氧化碳的质量，然后结合一氧化碳和氧化铁反应的方程式计算出参加反应的氧化铁的质量，据氧化铁的质量分数计算即可；
③若上述连接仪器没有使用D₁装置，则D₂装置增重的质量既包括反应生成的二氧化碳，还包括本来就有的二氧化碳，会使计算的氧化铁的质量增加，纯度比实际值偏大；
③一氧化碳有毒，排放到空气中会造成大气污染，所以要进行尾气处理，可利用其可燃性将一氧化碳燃烧掉．

解答 解：（1））①高锰酸钾制取氧气为固体加热反应，生成的氧气用浓硫酸干燥，用向上排空气法收集；
②据反应原理写出方程式：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
③二氧化锰不溶于水，氯化钾溶于水，故加足量水溶解固体剩余物，过滤除去二氧化锰，蒸发滤液，使锰酸钾结晶析出；
（2）①欲用一氧化碳气体（含少量二氧化碳气体）测定某不纯氧化铁样品的纯度（杂质不参与任何反应），并验证反应中气体生成物的性质，则须先除去二氧化碳，避免干扰，除去二氧化碳 用澄清的石灰水，二氧化碳与澄清的石灰水反应生成碳酸钙沉淀和水，方程式是Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
D₂处放的是澄清的石灰水，可与一氧化碳和氧化铁反应生成的二氧化碳充分反应，故该装置增加的质量即是反应生成的二氧化碳的质量；
设样品中氧化铁的质量为x
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                 132
x                   17.6g
$\frac{160}{x}=\frac{132}{17.6g}$
x≈21.3g
铁元素与氧元素的质量比为：16.8g：（21.3g-16.8g）=168：45；
②由于制取的气体中常含有水蒸气，所以，装置D₁的作用是干燥一氧化碳；装置C₂的现象是澄清的石灰水变浑浊；
③若装置中没有连接装置C₁，生成的二氧化碳中混有的水蒸气原来的二氧化碳，这样测算出的该铁的氧化物中氧元素的质量与实际值比较将偏大；
④一氧化碳有毒，排放到空气中会造成大气污染，所以要进行尾气处理，可利用其可燃性将一氧化碳燃烧掉；
故答案为：
（1）①B EG；  ②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）①168：45；    ②干燥二氧化碳；澄清的石灰水变浑浊；③偏大；    ④在装置最后加一个燃着的酒精灯．

点评 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．