Question

8．甲酸（HCOOH）俗称蚁酸，能刺激皮肤起泡，存在于蜂类、某些蚁类和毛虫的分泌物中．某校兴趣小组同学对甲酸进行研究，并进行一氧化碳还原氧化铁的实验．
【查阅资料】
①甲酸的酸性比醋酸强，具有酸的通性．
②甲酸（HCOOH）是无色易挥发的液体，在浓硫酸作用下易分解．甲酸分解的化学方程式为：HCOOH$→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+H₂O，浓硫酸在反应中起脱水作用．
③铁与氯化铁溶液在常温下发生反应生成氯化亚铁．
【实验设计及操作】
I．验证甲酸的酸性，完成实验记录：

	操作	实验现象	原理或解释
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液变成红色	溶液中含氢离子
	加适量的锌粒	观察到有气泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化铁粉末	观察到红棕色固体消失，溶液变成黄色	甲酸可以与金属氧化物反应，工业上 可用甲酸除锈

Ⅱ．利用下列图1装置，以甲酸为原料制备纯净、干燥的一氧化碳，完成一氧化碳还原氧化铁实验，并检验气态产物．

①实验前应先组装好仪器，并检查装置的气密性，再装入药品．若各步均反应完全，装置的连接顺序为甲→乙→戊→丁→丙（填序号）．从环保角度，连接好的装置还存在明显不足，请改进加装尾气处理装置．
②实验时先点燃甲中的酒精灯，一段时间后再点燃丁中的酒精喷灯，目的是产生CO气体，排尽装置内的空气，防止加热爆炸；装置乙能否去除不能（选填“能”、“不能”），你的理由是如果不除去CO中的甲酸气体，甲酸气体会与氧化铁以及石灰水反应．
③装置丁中观察到的现象是红色的氧化铁粉末逐渐变为黑色；装置丙中发生反应的化学方程式是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
④为检验氧化铁是否反应完全，同学们设计如下实验方案：从装置丁中取出少量反应后的固体粉末于试管中，加入足量稀盐酸，若观察到有大量气泡产生且溶液变为浅绿色而非黄色，则说明氧化铁已完全反应．上述判断是否正确，理由是不正确，未反应的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁溶液，氯化铁溶液与生成的铁反应，溶液也可变为浅绿色．
Ⅲ．已知在不同的温度下，CO与氧化铁反应能生成其它铁的氧化物（或铁单质）和CO₂．反应过程中丁中管内的固体质量随温度的变化曲线如图2．
利用图2显示的相关信息，回答如下问题．
①在0～400℃温度范围内，管内固体质量不变，其原因是未达到反应所需的最低温度．
②图中x=1.68g．
③试据图计算并推断B点固体的合理化学式FeO．
④写出在温度500～600℃内，丁装置中发生反应的化学方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂ ．

Answer 1

分析 【查阅资料】浓硫酸在甲酸分解反应中起脱水作用；
【实验设计及操作】
I．根据酸的性质分析
Ⅱ．①实验之前先检查装置的气密性．根据甲酸（HCOOH）是无色易挥发的液体，制取的一氧化碳（甲装置）中可能含有甲酸，用乙装置处理，再干燥（戊装置），通入反应装置（丁），处理二氧化碳（丙）再进行尾气处理；进行解答；
②根据一氧化碳还原氧化铁实验主要步骤为：（一）先通入一氧化碳一段时间（目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热时玻璃管内的一氧化碳与空气的混合气体发生爆炸）；（二）点燃酒精喷灯给氧化铁加热；（三）熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的铁在高温下又与氧气反应，使实验失败）；（四）停止通入一氧化碳．进行解答；
根据甲酸是无色易挥发的液体，装置乙用来处理制取的一氧化碳可能含有甲酸，进行解答；
③装置丁中观察到的现象：红色的氧化铁粉末逐渐变为黑色；正确书写反应的化学方程式；
④根据未反应的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁溶液，氯化铁溶液与生成的铁反应，溶液也可变为浅绿色．进行解答．
Ⅲ．根据该实验流程为：一氧化碳与氧化铁在解热的条件下，随着温度的升高，氧化铁中的氧逐渐失去，最后得到单质铁解答．

解答 解：【查阅资料】浓硫酸在甲酸分解反应中起脱水作用；
【实验设计及操作】I．甲酸溶于水能电离出氢离子，溶液显酸性，可使紫色石蕊变红．甲酸与锌粒反应产生氢气；与氧化铁反应生成甲酸铁和水，铁离子的溶液为黄色．
Ⅱ．①实验之前先检查装置的气密性．根据甲酸（HCOOH）是无色易挥发的液体，制取的一氧化碳（甲装置）中可能含有甲酸，用乙装置处理，再干燥（戊装置），通入反应装置（丁），处理二氧化碳（丙）再进行尾气处理；所以装置的连接顺序为：甲→乙→戊→丁→丙；由于一氧化碳有毒污染空气，所以应该有尾气处理装置．
②根据一氧化碳还原氧化铁实验主要步骤为：（一）先通入一氧化碳一段时间（目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热时玻璃管内的一氧化碳与空气的混合气体发生爆炸）；（二）点燃酒精喷灯给氧化铁加热；（三）熄灭酒精喷灯，继续通一氧化碳直至装置冷却（防止刚生成的铁在高温下又与氧气反应，使实验失败）；（四）停止通入一氧化碳．可得：实验时先点燃甲中的酒精灯，一段时间后再点燃丁中的酒精喷灯，目的是：产生CO气体，排尽装置内的空气，防止加热爆炸；
根据甲酸是无色易挥发的液体，装置乙用来处理制取的一氧化碳中含有甲酸气体；因此装置乙的作用是：除去CO中的甲酸气体；
③装置丁中观察到的现象：红色的氧化铁粉末逐渐变为黑色；
反应的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④根据未反应的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁溶液，氯化铁溶液与生成的铁反应，溶液也可变为浅绿色．
Ⅲ．①在0～400℃温度范围内，根本达不到反应所需的最低温度，所以氧化铁的质量并未改变．
故答案为：未达到反应所需的最低温度．
②从400℃开始，随着温度的升高，氧化铁中的氧开始逐渐失去，到700℃时只剩下铁，即此时氧化铁被一氧化碳还原为铁单质．
根据元素守恒，铁单质的质量=氧化铁中铁元素的质量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
故答案为1.68．
③B处氧化物中铁的质量=氧化铁中铁元素的质量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
B处氧化物中氧的质量=氧化铁中氧的质量-失去氧的质量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.16）g=0.48g
A处氧化物中铁与氧原子个数比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.48g}{16}$=$\frac{1}{1}$，所以A处氧化物的化学式为FeO
故答案为：FeO
④A处氧化物中铁的质量=氧化铁中铁元素的质量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
A处氧化物中氧的质量=氧化铁中氧的质量-失去氧的质量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.32）g=0.64g
A处氧化物中铁与氧原子个数比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.64g}{16}$=$\frac{3}{4}$，所以A处氧化物的化学式为Fe₃O₄
在温度500～600℃内，丁装置中发生反应的化学方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂
故答案为：【查阅资料】脱水；【实验设计及操作】I．

	操作	实验现象	原理或解释
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液变成红色	溶液中含氢离子
	加适量的锌粒	观察到 有气泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化铁粉末	观察到红棕色固体消失，溶液变成黄色	甲酸可以与金属氧化物反应，工业上 可用甲酸除锈

Ⅱ．①检查装置的气密性；乙→戊→丁→丙；加装尾气处理装置．
②产生CO气体，排尽装置内的空气，防止加热爆炸；不能；如果不除去CO中的甲酸气体，甲酸气体会与氧化铁以及石灰水反应；
③红色的氧化铁粉末逐渐变为黑色；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④不正确，未反应的氧化铁与盐酸反应生成氯化铁溶液，氯化铁溶液与生成的铁反应，溶液也可变为浅绿色．
Ⅲ．①未达到反应所需的最低温度．
②1.68．
③FeO
④Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂

点评 本题主要考查学生运用所学化学知识综合分析和解决实际问题的能力．增加了学生分析问题的思维跨度，强调了学生整合知识的能力．