Question

20．如圖所示為實驗室中常見氣體制備、凈化、干燥、收集和性質實驗的部分儀器（組裝實驗裝置時，可重復選擇儀器），某化學小組的同學欲利用其進行下列各探究實驗．

（1）高錳酸鉀（KMn0₄）固體在加熱的條件下，能較快的分解為錳酸鉀（K₂MnO₄）、二氧化錳和氧氣．小明同學欲在實驗室以此方法制備并收集干燥的氧氣，按照要求設計實驗裝置、連接儀器，并檢驗裝置的氣密性．
①所選儀器的連接順序為BEG（從左到右填寫儀器序號字母）
②用高錳酸鉀制備氧氣所發生的化學方程式為2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑．
（2）用一氧化碳氣體（含少量二氧化碳）測定某鐵的氧化物（Fe_xO_y）的元素組成比例，并驗證反應中氣體生成物的性質，所選儀器按C₁→E₁→D→C₂→E₂順序連接按（C₁、C₂）為盛有石灰水的洗氣瓶，（E₁、E₂）為濃硫酸洗氣瓶，設過程中所有反生的反應都恰好完全反應），并檢驗裝置的氣密性，所設計的實驗裝置中氣體流向是從左向右．
①反應前大玻璃管中加入鐵的粉末狀氧化物（Fe_xO_y）試樣，當D裝置中的Fe_xO_y全部被還原，實驗結束后，繼續通入一氧化碳氣體，直至大玻璃管冷卻．稱量剩余固體的質量為16.8g，同時測得C2裝置的質量增加了17.6g，則Fe_xO_y中，鐵元素與氧元素的質量比為168：45．
②裝置E₁的作用是干燥二氧化碳，
裝置C₂的現象是澄清的石灰水變渾濁．
③若裝置中沒有連接裝置C₁，這樣測算出的該鐵的氧化物中氧元素的質量與實際值比較將偏大（填“偏大”、“偏小”或“基本一致”之一）
④對于該實驗方案設計還存在不完善之處，你的具體改進方案是在裝置最后加一個燃著的酒精燈．

Answer 1

分析 （1）①高錳酸鉀制取氧氣為固體加熱反應，生成的氧氣用濃硫酸干燥，用向上排空氣法收集；
②據反應原理寫出方程式；
（2）①欲用一氧化碳氣體（含少量二氧化碳氣體）測定某不純氧化鐵樣品的純度（雜質不參與任何反應），并驗證反應中氣體生成物的性質，則須先除去二氧化碳，避免干擾，除去二氧化碳 用澄清的石灰水，二氧化碳與澄清的石灰水反應生成碳酸鈣沉淀和水；
②D₂處放的是澄清的石灰水，可與一氧化碳和氧化鐵反應生成的二氧化碳充分反應，故該裝置增加的質量即是反應生成的二氧化碳的質量，然后結合一氧化碳和氧化鐵反應的方程式計算出參加反應的氧化鐵的質量，據氧化鐵的質量分數計算即可；
③若上述連接儀器沒有使用D₁裝置，則D₂裝置增重的質量既包括反應生成的二氧化碳，還包括本來就有的二氧化碳，會使計算的氧化鐵的質量增加，純度比實際值偏大；
③一氧化碳有毒，排放到空氣中會造成大氣污染，所以要進行尾氣處理，可利用其可燃性將一氧化碳燃燒掉．

解答 解：（1））①高錳酸鉀制取氧氣為固體加熱反應，生成的氧氣用濃硫酸干燥，用向上排空氣法收集；
②據反應原理寫出方程式：2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
③二氧化錳不溶于水，氯化鉀溶于水，故加足量水溶解固體剩余物，過濾除去二氧化錳，蒸發濾液，使錳酸鉀結晶析出；
（2）①欲用一氧化碳氣體（含少量二氧化碳氣體）測定某不純氧化鐵樣品的純度（雜質不參與任何反應），并驗證反應中氣體生成物的性質，則須先除去二氧化碳，避免干擾，除去二氧化碳 用澄清的石灰水，二氧化碳與澄清的石灰水反應生成碳酸鈣沉淀和水，方程式是Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O；
D₂處放的是澄清的石灰水，可與一氧化碳和氧化鐵反應生成的二氧化碳充分反應，故該裝置增加的質量即是反應生成的二氧化碳的質量；
設樣品中氧化鐵的質量為x
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160                 132
x                   17.6g
$\frac{160}{x}=\frac{132}{17.6g}$
x≈21.3g
鐵元素與氧元素的質量比為：16.8g：（21.3g-16.8g）=168：45；
②由于制取的氣體中常含有水蒸氣，所以，裝置D₁的作用是干燥一氧化碳；裝置C₂的現象是澄清的石灰水變渾濁；
③若裝置中沒有連接裝置C₁，生成的二氧化碳中混有的水蒸氣原來的二氧化碳，這樣測算出的該鐵的氧化物中氧元素的質量與實際值比較將偏大；
④一氧化碳有毒，排放到空氣中會造成大氣污染，所以要進行尾氣處理，可利用其可燃性將一氧化碳燃燒掉；
故答案為：
（1）①B EG；  ②2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑；
（2）①168：45；    ②干燥二氧化碳；澄清的石灰水變渾濁；③偏大；    ④在裝置最后加一個燃著的酒精燈．

點評 理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．