Question

精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進(jìn)行下列研究：
【物質(zhì)制備】利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

FexOy+yH₂

高溫  .

xFe+yH₂O  Fe₃C+2H₂

高溫  .

3Fe+CH₄粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe₃C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進(jìn)一步還原，其反應(yīng)方程式為：

 

．
（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．
（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反應(yīng)所需高溫外，還能

 

．
【含量測定】甲同學(xué)為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按如下裝置進(jìn)行實驗．
已知：3CH₄+4Fe₂O₃ 

高溫  .

3CO₂+6H₂O+8Fe，濃硫酸有吸水性，堿石灰不僅能吸收水而且能吸收CO₂．（假設(shè)每步反應(yīng)都完全且不考慮裝置內(nèi)原有空氣對測定結(jié)果的影響）．
（3）主要實驗步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；
②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍₂；
③點(diǎn)燃C處酒精燈；
④點(diǎn)燃A 處酒精燈；
⑤分別熄滅A、C處酒精燈；
⑥

 

；
⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．
（4）步驟②的目的是

 

，驗證該步驟目的達(dá)到的實驗方法是

 

．
（5）反應(yīng)后C裝置中的現(xiàn)象是

 

．
（6）裝置F的作用是

 

．
（7）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將

 

（“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（8）實驗后，甲同學(xué)根據(jù)裝置

 

（填A(yù)、B、C、D、E、F）的增重分別算得樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（9）乙同學(xué)將10.0克粗還原鐵粉樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，經(jīng)測定共產(chǎn)生0.3克氣體．計算該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（要求寫出計算過程）

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和制備,實驗探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗與除雜方法,一氧化碳的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計算,氫氣的化學(xué)性質(zhì)與燃燒實驗

專題：物質(zhì)的制備,科學(xué)探究

分析：鐵的氧化物和氫氣在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和水，F(xiàn)e₃C和氫氣在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和甲烷；
（1）氧化鐵和一氧化碳在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳；
（2）焦炭燃燒時能夠放出大量的熱，在高溫條件下，焦炭能和二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳可以用作還原劑；
（3）氫氣具有可燃性，與空氣混合達(dá)到一定程度時，遇明火會發(fā)生爆炸；
（4）步驟②的目的是排出裝置中的空氣；
（5）氧化鐵是紅棕色固體，鐵是黑色固體；
（6）裝置F能夠防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入E裝置；
（7）若缺少裝置D，不影響測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（8）實驗后，甲同學(xué)根據(jù)裝置B、E的增重分別算得樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（9）根據(jù)提供的數(shù)據(jù)可以計算該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：氫氣在高溫下還原鐵的氧化物、Fe₃C的化學(xué)方程式為：Fe_xO_y+yH₂

高溫  .

xFe+yH₂O、Fe₃C+2H₂

高溫  .

3Fe+CH₄．
故填：Fe_xO_y+yH₂

高溫  .

xFe+yH₂O、Fe₃C+2H₂

高溫  .

3Fe+CH₄．
（1）焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂．
故填：Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂．
（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反應(yīng)所需高溫外，還能和二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳．
故填：和二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳．
（3）主要實驗步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；
②緩緩?fù)ㄈ爰儍舾稍锏腍₂；
③點(diǎn)燃C處酒精燈；
④點(diǎn)燃A 處酒精燈；
⑤分別熄滅A、C處酒精燈；
⑥繼續(xù)通H₂直至裝置冷卻；
⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量．
故填：繼續(xù)通H₂直至裝置冷卻．
（4）步驟②的目的是排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸，驗證該步驟目的達(dá)到的實驗方法是收集尾氣驗純．
故填：排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；收集尾氣驗純．
（5）反應(yīng)后C裝置中的現(xiàn)象是紅棕色的粉末變成黑色．
故填：紅棕色的粉末變成黑色．
（6）裝置F的作用是防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入E裝置．
故填：防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入E裝置．
（7）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將不變，這是因為需要的水的質(zhì)量數(shù)據(jù)是從B裝置得到的．
故填：不變．
（8）實驗后，根據(jù)裝置B的增重可以計算樣品中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)裝置E的增重可以計算樣品中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
故填：B、E．
（9）解：設(shè)該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，
56             2
10.0g×x      0.3g

56

2

=

10.0g×x

0.3g

，
x=84%，
答：該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84%．

點(diǎn)評：合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進(jìn)行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．