Question

13．实验探究和证据推理是提升认知的重要手段．化学兴趣小组对“CO还原Fe₂O₃粉末”的实验进行探究：
Ⅰ探究CO与Fe₂O₃的反应产物（夹持仪器已略去）
【实验过程】步骤1  在通风橱中，按图Ⅰ连接装置并检验装置的气密性．
步骤2  装入试剂：玻璃管内装入Fe₂O₃粉末，试管Ⅰ中装入澄清石灰水．
步骤3  从a端通入CO一段时间，待试管Ⅰ中有气泡产生，再点燃酒精灯．
【实验现象】反应一段时间后，玻璃管内粉末由红棕色变成黑色，生成的黑色固体均能被玻璃管上方的磁铁吸引．试管Ⅰ中出现白色沉淀（用化学反应方程式表示：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）．
【查阅资料】铁粉、FeO、Fe₃O₄均为黑色固体；铁粉、Fe₃O₄均能被磁铁吸引．
【提出猜想】对磁铁吸引的黑色固体成分有以下三种猜想：
猜测Ⅰ：Fe；  猜测Ⅱ：Fe₃O₄；  猜测Ⅲ：Fe和Fe₃O₄
【实验验证】取少量反应后的黑色固体放入试管中，加入足量的硫酸铜溶液，振荡，充分反应后静置，观察到红色固体中混有黑色颗粒，说明猜想Ⅲ（填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”）是正确的．
【拓展研究】进一步查阅资料，发现CO能溶于铜液[醋酸二氨合铜（Ⅰ）和氨水的混合液]．因此可在装置Ⅰ后再连接下图装置Ⅱ，其目的是吸收尾气中的CO，装置Ⅰ、Ⅱ的连接顺序：b连接d（填“c”或“d”）．

Ⅱ原料气CO的制备
方法一：加热MgCO₃、Zn的混合物可快速制备CO，同时还得到两种金属氧化物：
ZnO、MgO（填化学式）．
方法二：加热草酸晶体（H₂C₂O₄•2H₂O）制备CO：
H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;189℃\;}}{\;}$CO↑+CO₂↑+3H₂O
已知：常压下，草酸晶体的熔点为101℃．比较草酸晶体的熔点和分解温度，
分析若选用下图装置Ⅲ制备装置Ⅰ所需的CO，可能存在的问题是草酸流到试管口，反应不能继续进行．

Answer 1

分析 Ⅰ、【实验过程】根据实验的安全注意事项来分析；
【实验现象】根据反应物的颜色以及二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊来分析；
【实验验证】根据四氧化三铁与铁的性质以及实验现象来分析；
【拓展研究】根据尾气中含有有毒的一氧化碳以及装置的连接方法来分析；
Ⅱ、方法一：根据质量守恒定律以及金属氧化物的组成来分析；
方法二：根据物质的熔点以及仪器加热的注意事项来分析．

解答 解：Ⅰ、【实验过程】在用一氧化碳还原氧化铁时，应先通入一段时间的一氧化碳气体，在点燃酒精灯加热，以免发生爆炸，所以从a端通入CO一段时间，待试管Ⅰ中有气泡产生，再点燃酒精灯；故填：试管Ⅰ中有气泡产生；
【实验现象】氧化铁是红棕色固体，加热一段时间后，被一氧化碳还原为黑色的铁粉，同时生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙白色沉淀和水；故填：红棕；CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；
【实验验证】四氧化三铁与硫酸铜溶液不反应，而铁能与其反应生成红色金属铜，因为取少量反应后的黑色固体放入试管中，加入足量的硫酸铜溶液，振荡，充分反应后静置，观察到红色固体中混有黑色颗粒，这说明原黑色固体中含有四氧化三铁与铁，即猜想Ⅲ成立；故填：猜想Ⅲ；
【拓展研究】尾气中的一氧化碳有毒，所以需要将尾气吸收；气体影从长管进入铜液；故填：吸收尾气中的CO；d；
Ⅱ、方法一：加热MgCO₃、Zn的混合物可快速制备CO，同时还得到两种金属氧化物，由质量守恒定律可知，这两种氧化物是氧化镁与氧化锌；故填：ZnO；MgO；
方法二：因为常压下，草酸晶体的熔点为101℃，加热过程中草酸会熔化流到试管口，导致反应不能进行，所以不能用装置Ⅲ制备装置Ⅰ所需的CO；故填：草酸流到试管口，反应不能继续进行．

点评 化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．所以，对化学实验不仅要认真观察，还应掌握观察实验现象的方法．