题目内容
某同学为测定12g含杂质的氧化铁样品中氧化铁的质量分数，利用稀硫酸和锌粒制取氢气，设计了如图所示的装置，进行有关的实验探究（提示：氢气和氧化铁在高温条件下发生置换反应，杂质不参加反应，浓硫酸具有吸水性，假定每步均完全反应或吸收）．主要实验步骤如下：
①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；②缓缓通入干燥的氢气；③点燃B处酒精灯；④反应结束熄灭B处酒精灯；⑤待装置B冷却至室温再停止通氢气；⑥再次称量必要装置的质量．
| 装置B | 装置C | |
| 反应前的质量/g | 86.3 | 284.2 |
| 反应后的质量/g | 83.9 | 286.9 |
（2）装置B处的现象
（3）请计算样品中氧化铁的质量分数
（4）该实验还可测定组成水的各元素之间的质量关系，请用表中实验数据列式表示出水中氢、氧元素的质量比为
考点：实验探究物质的组成成分以及含量,气体的干燥（除水）,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式,氢气的化学性质与燃烧实验
专题：科学探究
分析：（1）实验时先通氢气后加热的目的是：除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；
（2）氧化铁与氢气反应生成铁和水，据此分析装置B处的现象，写出化学方程式；
（3）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，计算出氧化铁的质量，进而计算氧化铁的质量分数；
（4）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，也就是生成的水中氧元素的质量，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，故而可求出氢氧元素的质量比；物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变小．
（2）氧化铁与氢气反应生成铁和水，据此分析装置B处的现象，写出化学方程式；
（3）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，计算出氧化铁的质量，进而计算氧化铁的质量分数；
（4）根据B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，也就是生成的水中氧元素的质量，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，故而可求出氢氧元素的质量比；物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变小．
解答：解：
（1）实验时先通氢气后加热的目的是：除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音，若听到‘噗’的一声，说明空气已排尽；
（2）氧化铁与氢气在加热的条件下反应生成铁和水，氧化铁是红色粉末，铁粉是黑色粉末，所以会在B处观察到红色粉末变为黑色；发生反应的化学方程式3H2+Fe2O3
2Fe+3H2O；
（3）B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，即86.3g-83.9g=2.4g
则氧化铁的质量为：2.4g÷
×100%=8g
∴样品中氧化铁的质量分数为
×100%≈66.7%；
答：样品中氧化铁的质量分数为66.7%；
（4）由（3）可知氧化铁中氧元素的质量即是水中氧元素的质量，即2.4g，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，即（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g），故氢元素和氧元素的质量比为：【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；
因为物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变大；
答案：
（1）排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸； 收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；
（2）黑色固体变红 3H2+Fe2O3
2Fe+3H2O；
（3）66.7%；
（4）【（286.9-284.2）-（86.3-83.9）】：（86.3-83.9）不变； 偏大．
（1）实验时先通氢气后加热的目的是：除去装置内的氧气，防止发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音，若听到‘噗’的一声，说明空气已排尽；
（2）氧化铁与氢气在加热的条件下反应生成铁和水，氧化铁是红色粉末，铁粉是黑色粉末，所以会在B处观察到红色粉末变为黑色；发生反应的化学方程式3H2+Fe2O3
| ||
（3）B装置中减少的质量即为氧化铁中氧元素的质量，即86.3g-83.9g=2.4g
则氧化铁的质量为：2.4g÷
| 16×3 |
| 56×2+16×3 |
∴样品中氧化铁的质量分数为
| 8g |
| 12g |
答：样品中氧化铁的质量分数为66.7%；
（4）由（3）可知氧化铁中氧元素的质量即是水中氧元素的质量，即2.4g，C装置中增加的质量为水的质量，水由氢元素和氧元素组成，故水的质量减去氧元素的质量就是氢元素的质量，即（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g），故氢元素和氧元素的质量比为：【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；
因为物质的组成是一定的，水中氢氧元素的质量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化铁没有完全反应，水中氢氧元素的质量比是不变的；
若缺少装置A，氧元素的测定取决于B装置，氢元素的质量据C判断，由于锌和硫酸反应会有部分水蒸气进入C，所以水的质量增加，氧元素不变，则测出的氢元素的质量会偏大，从而使氢、氧元素的质量比变大；
答案：
（1）排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸； 收集尾气靠近燃着的酒精灯，听声音；
（2）黑色固体变红 3H2+Fe2O3
| ||
（3）66.7%；
（4）【（286.9-284.2）-（86.3-83.9）】：（86.3-83.9）不变； 偏大．
点评：本题考查知识综合而全面，能很好的考查知识的运用及实验分析的能力．根据所给的实验数据分析，B装置减少的质量是氧元素的质量，C装置增加的质量是反应生成的水的质量，这是解决本题的关键．
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