17.鐵制品銹蝕的過(guò)程,實(shí)際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣(或O2、H2O)等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程,鐵銹的主要成分是Fe2O3?xH2O.某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中用足量一氧化碳還原鐵銹,裝置如圖,酒精燈b的作用是點(diǎn)燃多余的一氧化碳,防止污染空氣.

【現(xiàn)象分析】實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,觀察到玻璃管中固體紅色粉末逐漸變黑,澄清石灰水變渾濁,證明一氧化碳還原了鐵銹.
【】提出問(wèn)題一氧化碳還原鐵銹的固體產(chǎn)物是鐵嗎?
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】上述反應(yīng)進(jìn)行完全后,冷卻到室溫,取少量玻璃管中的固體,加入稀鹽酸,若觀察到有氣泡產(chǎn)生,則證明有鐵生成.該小組同學(xué)按上述設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并未觀察到預(yù)期現(xiàn)象.
【查閱資料】一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān),可能生成四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵.
【實(shí)驗(yàn)反思】一氧化碳還原鐵銹的實(shí)驗(yàn)中,若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間.上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中,應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈(或給酒精燈a加網(wǎng)罩).
【重新實(shí)驗(yàn)】該小組同學(xué)用修改后的裝置重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn),完全反應(yīng)后,冷卻到室溫,取少量玻璃管中的固體,加入硫酸銅溶液,觀察到有紅色固體析出,證明有鐵生成.
【拓展應(yīng)用】該小組同學(xué)用修改后的裝置進(jìn)行一氧化碳還原赤鐵礦的實(shí)驗(yàn),使赤鐵礦中的氧化鐵全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F(已知赤鐵礦中的雜質(zhì)不與一氧化碳反應(yīng)),測(cè)得下列數(shù)據(jù):
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛赤鐵礦粉末的總質(zhì)量70.0g(玻璃管的質(zhì)量為60.0g);
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛固體的總質(zhì)量67.6g(冷卻到室溫稱量).
則該赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%.

分析 根據(jù)已有的鐵生銹的知識(shí)進(jìn)行分析解答,鐵在與水和氧氣并存時(shí)易生銹.
根據(jù)一氧化碳有毒,直接排放會(huì)污染空氣來(lái)分析解答;
【現(xiàn)象分析】根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵的現(xiàn)象來(lái)分析;
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】根據(jù)金屬的性質(zhì)來(lái)分析;
【實(shí)驗(yàn)反思】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中,若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,從而考慮裝置的改進(jìn);
【重新實(shí)驗(yàn)】根據(jù)金屬的化學(xué)性質(zhì)來(lái)分析;
【拓展應(yīng)用】根據(jù)減少的質(zhì)量為氧化鐵中氧元素的質(zhì)量以及化學(xué)方程式來(lái)分析.

解答 解:鐵在與水和氧氣并存時(shí)易生銹,故填:氧氣、水蒸氣(或O2、H2O)
如果通入的CO過(guò)量,有毒的一氧化碳就會(huì)沿導(dǎo)管排入大氣中,所以尾氣要處理后排入大氣.用酒精燈將其點(diǎn)燃,是為了防止造成空氣的污染,故填:點(diǎn)燃多余的一氧化碳,防止污染空氣;
【現(xiàn)象分析】氧化鐵在一氧化碳的還原作用下,由紅色氧化鐵粉末逐漸變成黑色鐵粉末;除生成鐵以外,還生成二氧化碳?xì)怏w,二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng),使澄清石灰水變渾濁,故填:紅色粉末逐漸變黑;
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】鐵能與酸反應(yīng)生成氫氣,所以若有鐵存在,會(huì)看到有氣泡產(chǎn)生,故填:有氣泡產(chǎn)生;
【實(shí)驗(yàn)反思】一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中,若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度和延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間.上圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中,應(yīng)作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈.
故填:將酒精燈a換成酒精噴燈(或給酒精燈a加網(wǎng)罩);
【重新實(shí)驗(yàn)】除上述方案,還可以采取另一種實(shí)驗(yàn)方案,所用的試劑是硫酸銅溶液,鐵與硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵;所以,可通過(guò)觀察是否有紅色固體生成,判斷黑色固體中是否含金屬鐵;故填:有紅色固體析出;
【拓展應(yīng)用】玻璃管中固體減少的質(zhì)量即為氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量:70.0g-67.6g=2.4g;
設(shè)氧化鐵的質(zhì)量為x,則
3CO+Fe2O3 $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO2?固體質(zhì)量減少
    160        112       160-112=48
     x                    2.4g
$\frac{160}{48}=\frac{x}{2.4g}$
x=8g
該赤鐵礦中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{8g}{70.0g-60.0g}×100%$=80%
故填:80%.

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng),較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵,尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷增加了試題難度,掌握反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變,并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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