Question

17．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$→_{△}^{H_{2}SO_{4}}$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】用如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CO₂，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收．
（7）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式Fe₂O₃+3C$\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．

Answer 1

分析 草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解，因此选用d装置；实验前应先检查装置的气密性，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；加热之前通入一氧化碳的目的是：将装置中的空气排出，防止发生爆炸；加热之后通入一氧化碳的目的是：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．一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，配平即可；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；E装置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的质量=6.6g×$\frac{32}{44}$=4.8g，因为4.8g氧元素的质量一半来自于一氧化碳，一半来自于铁的氧化物，那么铁红中氧元素的质量是4.8g÷2=2.4g，则铁红中铁的质量分数=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；本实验中如果缺少C装置，水蒸气会通过，E装置也具有吸水性，因此E装置会增重，氧元素的质量偏大，则测得样品中铁的质量分数会偏小；实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置或检验水是否除尽．

解答 解：（1）草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解，因此选用d装置，故答案为：d
（2）实验前应先检查装置的气密性，故答案为：检查装置的气密性
（3）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；故答案为：c；a 
（4）A装置中氢氧化钠吸收二氧化碳，化学反应方程式为CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
（5）B装置还可以检验二氧化碳是否除尽，故答案为：验证二氧化碳已除尽
（6）加热之前通入一氧化碳的目的是：将装置中的空气排出，防止发生爆炸；加热之后通入一氧化碳的目的是：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．故答案为：①将装置中的空气排出，防止发生爆炸；②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．（合理即可）
（7）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，配平即可；故答案为：3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，（一氧化碳与FeO、Fe₃O₄也可以）
（8）如果全部是氧化铁，铁的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亚铁，铁的最大量是10g×77.8%=7.78g；E装置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的质量=6.6g×$\frac{32}{44}$=4.8g，因为一个一氧化碳分子只能抢氧化铁中一个氧原子变成二氧化碳，因此氧元素的质量一半一半，4.8g氧元素的质量一半来自于一氧化碳，一半来自于铁的氧化物，那么铁红中氧元素的质量是4.8g÷2=2.4g，则铁红中铁的质量分数=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；故答案为：①7.0；7.78；②76.0%
   实验反思：本实验中如果缺少C装置，水蒸气会通过，E装置也具有吸水性，因此E装置会增重，氧元素的质量偏大，则测得样品中铁的质量分数会偏小；实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置．故答案为：偏小；缺少尾气处理装置．

点评 本考点属于实验探究题，实验探究题是近几年中考的热点之一，它包括实验方法和过程的探究，实验结论和实验规律的探究等．本题通过实验现象和分析，得到了正确的结论，属于实验过程和结论的探究．同学们要具体分析，综合掌握．本题型主要出现在实验题中．