Question

化學(xué)小組的同學(xué)在研究性學(xué)習(xí)課上展示了一套如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置（假設(shè)每步化學(xué)反應(yīng)都完全，氧化鐵樣品中的雜質(zhì)不參加反應(yīng)，且雜質(zhì)中不含鐵）．查閱資料：草酸在濃硫酸存在時加熱發(fā)生如下反應(yīng)：
H₂C₂O₄

濃硫酸  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O
通過討論，同學(xué)們對這套裝置有了多種認(rèn)識．
（1）第一小組同學(xué)說：從實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)操作程序看，首先要檢查裝置的氣密性，實(shí)驗(yàn)開始先加熱

A

      （填A(yù)或D）處，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，應(yīng)

先

（填先或后）停止D處的加熱；從環(huán)保的角度講，在E裝置后還應(yīng)對尾氣進(jìn)行處理，要處理尾氣的原因是．
（2）第二小組的同學(xué)說：用該實(shí)驗(yàn)裝置可以檢驗(yàn)一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)的產(chǎn)物，其中B裝置的作用

吸收A中反應(yīng)生成的二氧化碳

；E裝置的作用

檢驗(yàn)并吸收D中反應(yīng)生成的二氧化碳

；CO與Fe₂O₃反應(yīng)的化學(xué)方程式為

3CO+Fe₂O₃

高溫  .

3CO₂+2Fe

，該反應(yīng)

否

（填是、否）置換反應(yīng)．
你證明D中有鐵產(chǎn)生的2個方法是：；．
（3）第三小組的同學(xué)說：利用這套裝置還可以測定氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．他們的測定方
法是：稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量10.0g，樣品與玻璃管的總質(zhì)量為60.0g，完全反應(yīng)并冷卻后再稱量玻璃管與剩余固體的總質(zhì)量為57.6g．則實(shí)驗(yàn)測得氧化鐵樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

80%

%．
（4）第四小組同學(xué)說：利用這套裝置還有另外測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法：先稱量氧化鐵樣品的質(zhì)量，再分別稱量E裝置在反應(yīng)前后的總質(zhì)量，即可計(jì)算求得樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．但按此方法實(shí)際實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是

B裝置吸收CO₂不充分（或E吸收了裝置里空氣中的CO₂或者外界CO₂進(jìn)入的干擾）

．
（5）反思：要驗(yàn)證草酸分解有CO₂生成，可以在裝置A與B之間增加一個形如B內(nèi)盛

澄清石灰水

的洗氣瓶；如果沒有裝置C，則測得氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將

不變

（填偏大、偏小、不變）．

Answer 1

分析：本題是在原有一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加了制取純凈的一氧化碳的實(shí)驗(yàn)，由題中信息，草酸分解后得到的一氧化碳中混有二氧化碳和水蒸氣，因此要預(yù)先除掉二氧化碳．氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)消耗二氧化碳，濃硫酸具有吸水性除去水分．產(chǎn)生的二氧化碳使澄清石灰水變渾濁，過程中可能一氧化碳過多，必須對尾氣進(jìn)行處理．（3）中氧化鐵還原為鐵，質(zhì)量減輕，運(yùn)用差量法可求出氧化鐵的質(zhì)量，再利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式求算．

解答：解：（1）CO是可燃性氣體，不純點(diǎn)燃會發(fā)生爆炸，所以應(yīng)先讓CO充滿整個裝置，故實(shí)驗(yàn)開始時先加熱A處的酒精燈，使產(chǎn)生的一氧化碳排凈裝置內(nèi)的空氣；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，為防止生產(chǎn)的鐵被氧化，要繼續(xù)通一會CO直至裝置冷卻，所以要先熄滅D處酒精燈；從環(huán)保的角度考慮為防止有毒的未反應(yīng)的一氧化碳通過E進(jìn)入空氣，應(yīng)在E后對一氧化碳進(jìn)行處理，可采取用氣球收集或點(diǎn)燃的方法．
（2）B裝置內(nèi)是氫氧化鈉能吸收產(chǎn)生的二氧化碳，E裝置則是吸收并檢驗(yàn)二氧化碳的存在，D裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

3CO₂+2Fe；
置換反應(yīng)是單質(zhì)與化合物反應(yīng)生成另外的單質(zhì)和化合物的化學(xué)反應(yīng)．而反應(yīng)物中沒有單質(zhì)，所以它不是置換反應(yīng)；
（3）原有樣品為氧化鐵（10g），玻璃管的質(zhì)量為50g，故反應(yīng)后為剩余固體為（7.6g），減少的質(zhì)量為2.4g，實(shí)質(zhì)就是氧元素的質(zhì)量，運(yùn)用差量法解題
設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為X
  3CO+Fe₂O₃

高溫  .

3CO₂+2Fe△m
      160             112      48
       x                  （60.0-57.6）g 
 

160

x

=

48

2.4g

，
解得，x=8g
氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

8g

10g

×100%=80%
（4）E裝置在反應(yīng)后增加的質(zhì)量是反應(yīng)中生成的二氧化碳的質(zhì)量，如果B裝置吸收CO₂不充分或E吸收了裝置里空氣中的CO₂或者外界CO₂進(jìn)入的干擾，就會使二氧化碳的質(zhì)量增大，實(shí)際測定結(jié)果就會偏大：
（5）二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，所以在裝置A之前可以裝置A與B之間增加一個形如B內(nèi)盛澄清石灰水的洗氣瓶；
如果沒有C裝置，即沒有吸收CO中的水分，我們是按照D裝置中數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，是否吸收水分對測定結(jié)果沒有影響．
故答案為：（1）A；先；防止有毒氣體一氧化碳污染空氣；
（2）吸收A中反應(yīng)生成的二氧化碳；檢驗(yàn)D中反應(yīng)生成的二氧化碳；3CO+Fe₂O₃

高溫  .

3CO₂+2Fe；否
（3）80%；
（4）B裝置吸收CO₂不充分；E吸收了裝置里空氣中的CO₂或者外界CO₂進(jìn)入的干擾（給出一條合理答案即可）．
（5）澄清石灰水；不變．

點(diǎn)評：本題考查了一氧化碳還原氧化鐵的反應(yīng)原理、步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、尾氣處理以及應(yīng)用．要注意有毒氣體不能隨意排放，必須經(jīng)過處理后變成無害物質(zhì)再排放．