Question

草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)是一種淺黃色固體，難溶于水，受熱易分解，是生產(chǎn)鋰電池的原材料。某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證草酸亞鐵熱分解的氣體產(chǎn)物，并用熱重法（TG）確定其分解后固體產(chǎn)物的組成。探究過(guò)程如下：

【查閱資料】

1. 草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO、CO₂

2. 白色的無(wú)水CuSO₄遇水蒸氣會(huì)變成藍(lán)色

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】

（1）從環(huán)保角度考慮，該套實(shí)驗(yàn)裝置的明顯缺陷是          。

（2）可選擇以下實(shí)驗(yàn)裝置中的      (選填：“甲”或“乙”)作為虛線中的“熱分解裝置”。

【問(wèn)題討論】

（3）D中濃硫酸的作用是        ，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到B中白色無(wú)水CuSO₄變成藍(lán)色，C中澄清石灰水變渾濁，E中            （填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），則可證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO₂、CO。

（4）該興趣小組進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)，先點(diǎn)燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時(shí)間后再點(diǎn)燃E處的酒精燈，原因是                                              。

（5）若通過(guò)F裝置中澄清石灰水變渾濁來(lái)證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物中有CO，則需在C和D裝置之間增加盛有      (填物質(zhì)的名稱或化學(xué)式)溶液的洗氣瓶。

【數(shù)據(jù)分析】

（6）稱取3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O，相對(duì)分子質(zhì)量180)用熱重法對(duì)其進(jìn)行熱分解，得到剩余固體的質(zhì)量隨溫度變化的曲線如下圖所示，請(qǐng)分析該圖回答下列問(wèn)題：

①過(guò)程Ⅰ發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為                                。

②3000℃時(shí)剩余固體只有一種且是鐵的氧化物，試通過(guò)計(jì)算確定該氧化物的化學(xué)式或名稱          。（請(qǐng)寫出計(jì)算過(guò)程）

 

Answer 1

【答案】

（1）未進(jìn)行尾氣處理   （2）乙   （3）干燥氣體    黑色固體變成紅色

（4）將裝置中的空氣排盡，防止CO和空氣的混合氣體受熱爆炸    （5）NaOH

（6）①FeC₂O₄▪2H₂OFe C₂O₄+2H₂O↑  

②Fe₂O₃(或氧化鐵)

解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

【解析】

試題分析：（1）草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物是H₂O、CO、CO₂，其中一氧化碳?xì)怏w如排放到空氣中會(huì)造成空氣污染，所以該裝置應(yīng)在最后加上尾氣處理裝置。

（2）草酸亞鐵晶體是固體，所以加熱時(shí)試管口向略向下傾斜以防止產(chǎn)生的水倒流回試管底部引起試管的炸裂。因此應(yīng)選乙裝置作用熱分解裝置。

（3）裝置B的作用是檢驗(yàn)生成的物質(zhì)中是否有水，裝置C的作用是檢驗(yàn)生成物中是否有二氧化碳。裝置D中的濃硫酸的作用是將氣體進(jìn)行干燥，以防水蒸氣影響后面的反應(yīng)。

（4）先點(diǎn)燃熱分解裝置中的酒精燈，一段時(shí)間后再點(diǎn)燃E處的酒精燈。是為了利用生成的氣體將裝置內(nèi)的空氣排出，以防止形成一氧化碳與空氣的混合氣體在加熱時(shí)發(fā)生爆炸。

（5）若通過(guò)F裝置中澄清石灰水變渾濁來(lái)證明草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產(chǎn)物中有CO，則需要將固體分解生成的二氧化碳全部除去。因此需要在C（驗(yàn)證生成的氣體中有二氧化碳）和D裝置之間增加盛有氫氧化鈉溶液的洗氣瓶。

（6）①?gòu)膱D中可知在過(guò)程Ⅰ中固體的質(zhì)量減少值為0.72g。這是晶體中所含結(jié)晶水的質(zhì)量。

3.60g草酸亞鐵晶體(FeC₂O₄﹒2H₂O)含結(jié)晶水的質(zhì)量為：3.60g×（×100%）=0.72g

所以過(guò)程Ⅰ發(fā)生的反應(yīng)為：FeC₂O₄▪2H₂O △Fe C₂O₄+2H₂O↑

②已知剩余固體的質(zhì)量為1.60g，且是鐵的氧化物。求該氧化物的化學(xué)式。可先根據(jù)鐵元素在草酸亞鐵晶體中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)求出鐵元素的質(zhì)量，再利用鐵和氧元素在氧化物中的質(zhì)量進(jìn)行求解。具體解題過(guò)程如下：

解：m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

考點(diǎn)：科學(xué)探究、根據(jù)的計(jì)算

點(diǎn)評(píng)：本題結(jié)合草酸亞鐵晶體的分解考查了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（根據(jù)化學(xué)式的計(jì)算）等知識(shí)點(diǎn)。綜合性較強(qiáng)。