Question

20．某興趣小組以老師提供的如圖甲實驗裝置為主進行如下興趣實驗．（試劑均足量，假設(shè)各步反應(yīng)均完全，裝置可重復(fù)使用，部分夾持裝置已省略，組合裝置氣密性良好．）

【探究一】甲組同學(xué)利用A裝置來分離CO和CO₂的混合氣體（氣流從K₁進入裝置）．
（1）在燒瓶內(nèi)裝入足量的NaOH溶液，分液漏斗中可裝入適量稀硫酸，先關(guān)閉分液漏斗活塞，打開活塞K₁和K₂通入混合氣體時，可先分離得到CO，再關(guān)閉K₁，打開分液漏斗活塞使液體流下，反應(yīng)后可再得到CO₂，若要使實驗成功，裝置必需進行的改進措施是將A裝置內(nèi)左側(cè)導(dǎo)管伸入液面下．
【探究二】甲組同學(xué)利用A裝置制備O₂，并利用制得的O₂驗證B中的黑色粉末是炭粉．
（2）A中反應(yīng)的化學(xué)方程式是2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（3）為完成此實驗，除用裝置A、B外，還需要補充的裝置有C（填裝置序號），該裝置中應(yīng)盛澄清石灰水（填藥品名稱），實驗中可觀察到該裝置中的現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁，該裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Ca（OH）₂+CO₂ =CaCO₃↓+H₂O．
【探究三】若A裝置中燒瓶內(nèi)的氣體可能是CO、CO₂、CH₄中的一種或幾種，為確定燒瓶內(nèi)氣體的成分，乙組同學(xué)進行如下實驗：
 CH₄與CuO在加熱條件下反應(yīng)，生成一種金屬單質(zhì)、二氧化碳和水．
Ⅰ．裝置B的玻璃管中盛入足量的CuO固體；
Ⅱ．將3.0g的NaOH濃溶液滴入燒瓶中，充分反應(yīng)；
Ⅲ．按A→C₁→B→C₂→…的順序連接裝置，打開K₁，從K₁處通入氮氣，打開K₂，排盡B裝置中空氣，加熱B裝置中足量的CuO固體，充分反應(yīng)；
Ⅳ．反應(yīng)結(jié)束后，測得燒瓶中溶液的質(zhì)量為3.1g，B裝置中固體的質(zhì)量減少了0.48g，第二個C裝置的質(zhì)量增加了0.18g．
（4）寫出CH₄與CuO反應(yīng)的化學(xué)方程式CH₄ +4CuO $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 4Cu+CO₂+2H₂O．
（5）打開K₂前應(yīng)先從K₁處通入氮氣，否則易產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象．兩個裝置C中試劑相同，裝置C中的試劑名稱是濃硫酸，通過數(shù)據(jù)分析，燒瓶中氣體的成分是CO₂、CO和CH₄．
【探究四】丙組同學(xué)為探究“氧化鐵和銅粉”混合物中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)，又增加了必要儀器，先稱取一定量樣品，按如圖乙實驗裝置進行實驗：

（6）D裝置中用于加熱的實驗儀器的名稱是酒精噴燈，裝置D中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe₂ O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．該實驗的一個明顯缺陷是缺少尾氣處理裝置．
（7）若要利用下列有關(guān)數(shù)據(jù)來測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)（假設(shè)反應(yīng)均完全），最少需要測定下列數(shù)據(jù)中的2個數(shù)據(jù)，選擇下列最少的數(shù)據(jù)，最多有3種方案能計算出樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)．
①通入玻璃管的CO體積V  ②原樣品質(zhì)量m₁ ③完全反應(yīng)后玻璃管內(nèi)固體質(zhì)量m₂  ④反應(yīng)前后E增重的質(zhì)量m₃
（8）小王同學(xué)利用丙組所做實驗中充分反應(yīng)后的管內(nèi)固體X進行如圖丙實驗：

①固體X與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
②有色溶液B中的溶質(zhì)為FeCl₂和HCl（填化學(xué)式）；
③小王根據(jù)自己的實驗數(shù)據(jù)，計算原混合物“氧化鐵和銅粉”中銅的質(zhì)量分數(shù)為20%．
（9）小李設(shè)計了另一簡單的方案，取一定量氧化鐵與銅粉的混合物樣品，直接加入足量稀鹽酸，充分反應(yīng)后，過濾，將濾渣洗滌、干燥后再稱量，即為樣品中銅的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)二氧化碳會與氫氧化鈉反應(yīng)，一氧化碳不會與氫氧化鈉反應(yīng)，硫酸和氫氧化鈉會生成二氧化碳氣體，洗氣應(yīng)該是長進短出進行分析；
（2）根據(jù)A裝置制取氧氣的反應(yīng)物是固體和液體，反應(yīng)條件是常溫進行分析；
（3）根據(jù)碳和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，檢驗二氧化碳常用澄清石灰水，二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)會生成碳酸鈣沉淀進行分析；
（4）根據(jù)甲烷和氧化銅在加熱的條件下生成銅、二氧化碳和水進行分析；
（5）根據(jù)氫氧化鈉吸入二氧化碳使燒瓶內(nèi)壓強減�。粷饬蛩峋哂形�水性，是為了驗證反應(yīng)后是否有水生成；氫氧化鈉溶液質(zhì)量增加說明有二氧化碳，再根據(jù)反應(yīng)后生成水，判斷含有甲烷進行分析；
（6）根據(jù)實驗室常用儀器的名稱進行分析；
根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，一氧化碳有毒，需要尾氣處理進行分析；
（7）根據(jù)通入的一氧化碳是過量的，不能作為反應(yīng)數(shù)據(jù)，完全反應(yīng)后玻璃管內(nèi)固體質(zhì)量m₂，必須知道玻璃管的質(zhì)量進行分析；
（8）①根據(jù)鐵會與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，銅不會與鹽酸反應(yīng)進行分析；
②根據(jù)加入的鹽酸是過量的進行分析；
③根據(jù)氫氣的質(zhì)量可求出鐵的質(zhì)量，根據(jù)鐵元素的質(zhì)量可求出氧化鐵的質(zhì)量進行分析；
（9）根據(jù)氧化鐵會與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，銅不會與鹽酸反應(yīng)，過濾、洗滌、干燥可以得到銅進行分析．

解答 解：（1）二氧化碳會與氫氧化鈉反應(yīng)，一氧化碳不會與氫氧化鈉反應(yīng)，硫酸和氫氧化鈉會生成二氧化碳氣體，洗氣應(yīng)該是長進短出，所以分液漏斗中可裝入適量稀硫酸，先關(guān)閉分液漏斗活塞，打開活塞K₁和K₂通入混合氣體時，可先分離得到CO，再關(guān)閉K₁，打開分液漏斗活塞使液體流下，反應(yīng)后可再得到CO₂，若要使實驗成功，裝置必需進行的改進措施是：將A裝置內(nèi)左側(cè)導(dǎo)管伸入液面下；
（2）A裝置制取氧氣的反應(yīng)物是固體和液體，反應(yīng)條件是常溫，所以是過氧化氫制取氧氣，過氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，化學(xué)方程式為：2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）碳和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，檢驗二氧化碳常用澄清石灰水，所以除用裝置A、B外，還需要補充的裝置有C，該裝置中應(yīng)盛澄清石灰水，二氧化碳和氫氧化鈣反應(yīng)會生成碳酸鈣沉淀，所以實驗中可觀察到該裝置中的現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁，化學(xué)方程式為：Ca（OH）₂+CO₂ =CaCO₃↓+H₂O；
（4）甲烷和氧化銅在加熱的條件下生成銅、二氧化碳和水，化學(xué)方程式為：CH₄ +4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+CO₂+2H₂O；
（5）氫氧化鈉吸入二氧化碳使燒瓶內(nèi)氣體壓強減小，通入氮氣防止液體倒吸；
為了驗證通過B裝置后是否有水生成，所以在通入B裝置前將原來的水除掉，再通過B裝置看是否有水生成，因為濃硫酸具有吸水性，可以除去水蒸氣，所以C中放濃硫酸；
測得燒瓶中溶液的質(zhì)量為3.1g，比氫氧化鈉溶液質(zhì)量增加了，說明燒瓶中含有二氧化碳，其它氣體都不與氫氧化鈉反應(yīng)，第二個C裝置的質(zhì)量增加了0.18g說明生成了0.18g水，所以燒瓶中含有甲烷，
CH₄+4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+CO₂+2H₂O
     320    256      36     固體質(zhì)量減少：64
                    0.18g                 x
$\frac{36}{0.18g}$=$\frac{64}{x}$
x=0.32g，題干中B中固體的質(zhì)量減少了0.48g，所以氣體中有一氧化碳，
所以燒瓶中氣體的成分是：CO₂、CO和CH₄；
（6）通過分析題中所指儀器的作用可知，D裝置中用于加熱的實驗儀器的名稱是：酒精噴燈；
一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：Fe₂ O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，一氧化碳有毒，需要尾氣處理，所以該實驗的一個明顯缺陷是：缺少尾氣處理裝置；
（7）通入的一氧化碳是過量的，不能作為反應(yīng)數(shù)據(jù)，完全反應(yīng)后玻璃管內(nèi)固體質(zhì)量m₂，必須知道玻璃管的質(zhì)量，所以要利用下列有關(guān)數(shù)據(jù)來測定樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)（假設(shè)反應(yīng)均完全），最少需要測定下列數(shù)據(jù)中的2個數(shù)據(jù)；
選擇下列最少的數(shù)據(jù)，
E裝置增重的質(zhì)量就是二氧化碳的質(zhì)量，通過二氧化碳可以求出參加反應(yīng)的氧化鐵的質(zhì)量，然后求出氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)；
Fe₂O₃-----CO₂
160      44
 x        m₃
 $\frac{160}{x}$=$\frac{44}{{m}_{3}}$
  x=$\frac{40{m}_{3}}{11}$
所以氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)是：$\frac{40{m}_{3}}{11{m}_{1}}$×100%；
玻璃管內(nèi)減小的質(zhì)量就是氧元素的質(zhì)量，所以
 Fe₂O₃-----3Fe   固體減小質(zhì)量
  160                48
   y                 m₁-m₂
$\frac{160}{y}$=$\frac{48}{{m}_{1}-{m}_{2}}$
y=$\frac{10}{3}$（m₁-m₂）
所以氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{10（{m}_{1}-{m}_{2}）}{3{m}_{1}}$×100%；
Fe₂O₃-----3CO
160        84
 z        Vρ_{一氧化碳密度}
$\frac{160}{z}$=$\frac{84}{{v}_{{ρ}_{一氧化碳密度}}}$
  z=$\frac{40}{21}$Vρ_{一氧化碳密度}
所以氧化鐵質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{40V{ρ}_{一氧化碳密度}}{21{m}_{1}}$×100%
所以最多有3種方案能計算出樣品中氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)；
（8）①鐵會與鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，銅不會與鹽酸反應(yīng)，化學(xué)方程式為：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
②加入的鹽酸是過量的，所以有色溶液B中的溶質(zhì)為：FeCl₂和HCl；
③設(shè)鐵的質(zhì)量為x，
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56              2
x               0.4g  
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{0.4g}$
x=11.2g    
所以氧化鐵的質(zhì)量為：$\frac{11.2g×160}{112}$=16g，所以原混合物“氧化鐵和銅粉”中銅的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{4g}{4g+16g}$×100%=20%；
（9）氧化鐵會與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，銅不會與鹽酸反應(yīng)，過濾、洗滌、干燥可以得到銅，所以取一定量氧化鐵與銅粉的混合物樣品，直接加入足量稀鹽酸，充分反應(yīng)后，過濾，將濾渣洗滌、干燥后后再稱量，即為樣品中銅的質(zhì)量．
故答案為：（1）稀硫酸，將A裝置內(nèi)左側(cè)導(dǎo)管伸入液面下；
（2）2H₂O₂ $\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）C，澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁，Ca（OH）₂+CO₂ =CaCO₃↓+H₂O；
（4）CH₄ +4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4Cu+CO₂+2H₂O；
（5）倒吸；濃硫酸；CO₂、CO和CH₄；
（6）酒精噴燈，F(xiàn)e₂ O₃ +3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，缺少尾氣處理裝置；
（7）2，3；
（8）Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑，F(xiàn)eCl₂和HCl，20%；
（9）洗滌，干燥，銅．

點評 在解此類題時，首先分析題中考查的問題，然后分解成一些簡單的小問題，在結(jié)合學(xué)過的知識和題中所給的提示進行解答．