题目内容

20．某化学兴趣小组在实验室中模拟工业炼铁的原理，并探究CO与Fe2O3反应后的产物．所用装置如图所示．
（1）如果实验成功，请回答下列问题：
①实验过程中的现象：红色固体粉末变成黑色、澄清石灰水变浑浊．
②B装置中发生反应的化学方程式Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O．
③为保证安全和实验成功，该实验的操作步骤：badc．（填序号）
a．点燃A处酒精喷灯 b．通入CO气体
c．停止通入CO气体d．熄灭酒精喷灯．
④该装置设计有一个明显缺陷，你认为是没有尾气处理装置．
（2）兴趣小组用上图装置想计算12克赤铁矿样品中氧化铁的质量分数，他们收集了以下两组数据（假设所有能发生的反应都反应完全，矿石中杂质不参与化学反应）：
数据A：玻璃管和固体样品在反应前后质量变化了a g；
数据B：整个实验中，实际通入玻璃管中的一氧化碳质量为b g．
你认为他们应该选用了A（填“A”或“B”）组数据来计算赤铁矿石中氧化铁的质量分数，不选用另一组数据计算的原因CO要先通后撤，没有全部参加反应．
（3）实验时准确称取一定质量纯净的Fe2O3固体和相关装置的质量按上图进行实验，当固体全部变黑后，继续通入CO直到玻璃管冷却．将得到黑色的固体加入到足量的稀盐酸，发现固体全部溶解，但无气泡产生．实验测得部分数据如下：
玻璃管中固体的质量装置B试管及其中物质的总质量
反应前32g300g
反应后28.8g308g
（4）实验分析
查阅资料：a．铁的氧化物在足量的稀盐酸中均能全部溶解．
b．Fe2O3与CO反应的固体生成物可能情况如下：
Fe2O3$\stackrel{400℃-500℃}{→}$Fe3O4$\stackrel{500℃-600℃}{→}$FeO（黑色）$\stackrel{700℃-800℃}{→}$Fe
分析推断：①装置B试管中增加的质量一定小于理论产生的CO2质量，可能原因是AB（填写字母代号）．
A．未参加反应的CO通过B时带走了水蒸气；
B．石灰水浓度小没有将二氧化碳完全吸收；
C．石灰水吸收了空气中的二氧化碳气体．
②根据实验现象可确定反应后的固体中一定不存在Fe（填“一定”或“一定不”或“可能”）．
理由：黑色固体中加入盐酸后没有气泡生成．
（5）实验结论：根据可靠实验数据计算出反应后的固体的成分．
过程：m（Fe）=32×$\frac{112}{160}$=22.4g；m（O）=28.8-22.4=6.4g56x：16y=22.4：6.4，解得x：y=1：1
成分：FeO
此时发生反应的化学方程式：Fe2O3+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+CO2．

分析 根据一氧化碳还原氧化铁的现象、实验注意事项、结合题干提供的数据、化学方程式进行分析解答即可．

解答 解：（1）①一氧化碳还原氧化铁能观察到红色固体粉末变成黑色，澄清的石灰水变浑浊，故填：红色固体粉末变成黑色；澄清石灰水变浑浊；
②氢氧化钙能与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水，故填：Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O；
③为保证安全和实验成功，实验的操作步骤为：通入CO气体、点燃A处酒精喷灯、熄灭酒精喷灯、停止通入CO气体，故填：badc；
④一氧化碳是有毒的气体，而钙装置没有进行尾气处理，故填：没有尾气处理装置；
（2）由于一氧化碳还原氧化铁在实验前需要先通入一氧化碳，实验结束还需要通入一氧化碳，故选择A组数据计算，故填：A；CO要先通后撤，没有全部参加反应；
（4）①装置B试管中增加的质量一定小于理论产生的CO2质量，可能是因为未参加反应的CO通过B时带走了水蒸气、石灰水浓度小没有将二氧化碳完全吸收；故填：AB；
②加盐酸没有气体产生，故一定不含有铁，故填：一定不；黑色固体中加入盐酸后没有气泡生成；
（5）m（Fe）=32×$\frac{112}{160}$=22.4g；
m（O）=28.8-22.4=6.4g
56x：16y=22.4：6.4，解得x：y=1：1，所以成分是FeO；
此反应是氧化铁与一氧化碳高温反应生成了氧化亚铁和二氧化碳，故填：m（Fe）=32×$\frac{112}{160}$=22.4g；m（O）=28.8-22.4=6.4g56x：16y=22.4：6.4，解得x：y=1：1；FeO；Fe2O3+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+CO2．

点评 本题考查的是一氧化碳还原氧化铁的知识，完成此题，可以依据实验的注意事项以及实验现象进行．

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（2）用上图中的装置A来制取氧气的方法有b（填a、b或c）．
（3）利用装置A制氧气，棉花团的作用是防止高锰酸粉末通过导管进入水中；在结束实验时要先将导管撤离出水面，再熄灭酒精灯，其目的是防止水倒吸，使试管炸裂；利用装置B制氧气时，长颈漏斗的下端要插入液面以下，其目的是防止气体从长颈漏斗逸出．
（4）用文字表达式表示高锰酸钾制取氧气的化学反应反应式高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气．
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