Question

13．實驗探究和證據推理是提升認知的重要手段．化學興趣小組對“CO還原Fe₂O₃粉末”的實驗進行探究：
Ⅰ探究CO與Fe₂O₃的反應產物（夾持儀器已略去）
【實驗過程】步驟1  在通風櫥中，按圖Ⅰ連接裝置并檢驗裝置的氣密性．
步驟2  裝入試劑：玻璃管內裝入Fe₂O₃粉末，試管Ⅰ中裝入澄清石灰水．
步驟3  從a端通入CO一段時間，待試管Ⅰ中有氣泡產生，再點燃酒精燈．
【實驗現象】反應一段時間后，玻璃管內粉末由紅棕色變成黑色，生成的黑色固體均能被玻璃管上方的磁鐵吸引．試管Ⅰ中出現白色沉淀（用化學反應方程式表示：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O）．
【查閱資料】鐵粉、FeO、Fe₃O₄均為黑色固體；鐵粉、Fe₃O₄均能被磁鐵吸引．
【提出猜想】對磁鐵吸引的黑色固體成分有以下三種猜想：
猜測Ⅰ：Fe；  猜測Ⅱ：Fe₃O₄；  猜測Ⅲ：Fe和Fe₃O₄
【實驗驗證】取少量反應后的黑色固體放入試管中，加入足量的硫酸銅溶液，振蕩，充分反應后靜置，觀察到紅色固體中混有黑色顆粒，說明猜想Ⅲ（填“猜想Ⅰ”“猜想Ⅱ”或“猜想Ⅲ”）是正確的．
【拓展研究】進一步查閱資料，發(fā)現CO能溶于銅液[醋酸二氨合銅（Ⅰ）和氨水的混合液]．因此可在裝置Ⅰ后再連接下圖裝置Ⅱ，其目的是吸收尾氣中的CO，裝置Ⅰ、Ⅱ的連接順序：b連接d（填“c”或“d”）．

Ⅱ原料氣CO的制備
方法一：加熱MgCO₃、Zn的混合物可快速制備CO，同時還得到兩種金屬氧化物：
ZnO、MgO（填化學式）．
方法二：加熱草酸晶體（H₂C₂O₄•2H₂O）制備CO：
H₂C₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;189℃\;}}{\;}$CO↑+CO₂↑+3H₂O
已知：常壓下，草酸晶體的熔點為101℃．比較草酸晶體的熔點和分解溫度，
分析若選用下圖裝置Ⅲ制備裝置Ⅰ所需的CO，可能存在的問題是草酸流到試管口，反應不能繼續(xù)進行．

Answer 1

分析 Ⅰ、【實驗過程】根據實驗的安全注意事項來分析；
【實驗現象】根據反應物的顏色以及二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁來分析；
【實驗驗證】根據四氧化三鐵與鐵的性質以及實驗現象來分析；
【拓展研究】根據尾氣中含有有毒的一氧化碳以及裝置的連接方法來分析；
Ⅱ、方法一：根據質量守恒定律以及金屬氧化物的組成來分析；
方法二：根據物質的熔點以及儀器加熱的注意事項來分析．

解答 解：Ⅰ、【實驗過程】在用一氧化碳還原氧化鐵時，應先通入一段時間的一氧化碳氣體，在點燃酒精燈加熱，以免發(fā)生爆炸，所以從a端通入CO一段時間，待試管Ⅰ中有氣泡產生，再點燃酒精燈；故填：試管Ⅰ中有氣泡產生；
【實驗現象】氧化鐵是紅棕色固體，加熱一段時間后，被一氧化碳還原為黑色的鐵粉，同時生成二氧化碳，二氧化碳與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣白色沉淀和水；故填：紅棕；CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；
【實驗驗證】四氧化三鐵與硫酸銅溶液不反應，而鐵能與其反應生成紅色金屬銅，因為取少量反應后的黑色固體放入試管中，加入足量的硫酸銅溶液，振蕩，充分反應后靜置，觀察到紅色固體中混有黑色顆粒，這說明原黑色固體中含有四氧化三鐵與鐵，即猜想Ⅲ成立；故填：猜想Ⅲ；
【拓展研究】尾氣中的一氧化碳有毒，所以需要將尾氣吸收；氣體影從長管進入銅液；故填：吸收尾氣中的CO；d；
Ⅱ、方法一：加熱MgCO₃、Zn的混合物可快速制備CO，同時還得到兩種金屬氧化物，由質量守恒定律可知，這兩種氧化物是氧化鎂與氧化鋅；故填：ZnO；MgO；
方法二：因為常壓下，草酸晶體的熔點為101℃，加熱過程中草酸會熔化流到試管口，導致反應不能進行，所以不能用裝置Ⅲ制備裝置Ⅰ所需的CO；故填：草酸流到試管口，反應不能繼續(xù)進行．

點評 化學實驗現象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結論的依據，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，并有助于提高觀察、實驗能力．所以，對化學實驗不僅要認真觀察，還應掌握觀察實驗現象的方法．