Question

19．某同學為測定10g某赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數，利用稀硫酸和鋅粒制取氫氣，設計了如圖所示的裝置，進行有關的實驗探究（提示：氫氣也有一氧化碳相似的化學性質3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O；雜質不參加反應，假定每步均完全反應或吸收）．請回答有關問題：得到數據如表：

裝置	B	C
反應前質量	84.3g	294.1g
反應后質量	81.9g	296.8g

（1）實驗前先通一會氫氣原因排出裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸；試驗中觀察到的實驗現象為紅色粉末變黑；實驗結束時先停止加熱后停止通入氫氣，原因防止生成的鐵被氧化．
（2）請計算該赤鐵礦石樣品中氧化鐵的質量分數．80%
（3）該實驗還可測定組成水中各元素之間的質量關系，請用表中實驗數據列式表示出水中氫、氧元素的質量比為[（296.8g-294.1g）-（84.3g-81.9g）]：（84.3g-81.9g）（只列式，不計算）；若玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，則求得水中氫、氧元素的質量比會不變（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）根據氫氣還原氧化鐵的現象以及注意事項進行分析解答；
（2）根據反應生成水的質量，可以計算氧化鐵的質量，進一步可以計算該赤鐵礦石樣品中氧化鐵的質量分數；
（3）反應生成水的質量和氧化鐵中氧元素的質量差即為水中氫元素的質量．

解答 解：（1）氫氣具有可燃性，不純時點燃或是加熱可能會產生爆炸，故實驗前需要通入一會氫氣，以排出裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸；氫氣還原氧化鐵會生成鐵和水，故會觀察到玻璃管內紅色粉末變為黑色；實驗結束時要繼續通入氫氣直到玻璃管冷卻，以防止生成的鐵被氧化，故填：排出裝置內的空氣，防止加熱時產生爆炸；紅色粉末變黑；停止加熱；停止通入氫氣；防止生成的鐵被氧化；
（2）設樣品中氧化鐵的質量為x，
生成水的質量為296.8g-294.1g=2.7g，
3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，
         160                      54
            x                    2.7g
$\frac{160}{54}=\frac{x}{2.7g}$，
x=8g，
赤鐵礦石樣品中氧化鐵的質量分數為：$\frac{8g}{10g}$×100%=80%，
故填：80%；
（2）水中氫、氧元素的質量比為：[（296.8g-294.1g）-（84.3g-81.9g）]：（84.3g-81.9g）；
無論玻璃管中的氧化鐵是否完全反應，都不影響水中氫元素和氧元素的質量比，因此若玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，則求得水中氫、氧元素的質量比不變．
故填：[（296.8g-294.1g）-（84.3g-81.9g）]：（84.3g-81.9g）；不變．

點評 本題主要考查學生運用假設法和化學方程式進行計算和推斷的能力，計算時要注意規范性和準確性．