Question

工業鐵紅的主要成分是Fe2O3，還含有少量的FeO、Fe3O4。為了測定鐵紅中鐵的質量分數，興趣小組的同學進行了如下實驗，請你參與過程分析。

【資料1】草酸晶體（H2C2O4·3H2O）在濃H2SO4作用下受熱分解，化學方程式為：

H2C2O4·3H2OCO2↑+CO↑+4H2O

（1）下列可用作草酸分解制取氣體的裝置是 （填字母編號）。

【資料2】堿石灰是氫氧化鈉和氧化鈣的混合物，可以吸收水分和二氧化碳；

【資料3】濃硫酸具有吸水性，可以干燥氣體；

【資料4】氫氧化鈉溶液和石灰水類似都可以與二氧化碳反應，但吸收能力比石灰水強

【問題討論】用下圖所示裝置進行實驗：

（2）實驗前應先 。

（3）進入D中的氣體是純凈、干燥的CO，則A、C中的試劑依次是 （填字母編號）。

a.濃硫酸 b.澄清的石灰水 c.氫氧化鈉溶液

（4）B裝置的作用是 。

（5）寫出D裝置中所發生反應的一個化學方程式 。

【數據分析與計算】

【資料5】鐵的常見氧化物中鐵的質量分數：

鐵的氧化物	FeO	Fe2O3	Fe3O4
鐵的質量分數	77.8％	70.0％	72.4％

（6）稱取鐵紅樣品10.0 g，用上述裝置進行實驗，測定鐵紅中鐵的質量分數。

①D中充分反應后得到Fe粉的質量為m g，則 ＜ m ＜ 。

②待充分反應、冷卻后，將D中的固體放入足量的稀硫酸溶液中，產生氫氣質量為0.27g，則此鐵紅樣品中鐵的質量分數是多少？[寫出詳細計算過程]

【實驗評價】

（7）反思：請指出【問題討論】中實驗裝置的一個明顯缺陷 。

Answer 1

（1）d；

（2）檢查裝置的氣密性；

（3）c；a；

（4）驗證二氧化碳是否除盡；

（5）3CO+Fe2O32Fe+3CO2；

（6）①7.0；7.78；

②設生成0.27g氫氣需要鐵的質量為x

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

56 2

x 0.27g

56:2=x:0.27g

x=7.56g

則此鐵紅樣品中鐵的質量分數是：7.56g÷10.0g×100%=75.6%

答：此鐵紅樣品中鐵的質量分數是75.6%。

（7）缺少尾氣處理裝置。

【解析】

試題分析：（1）該反應是草酸晶體（H2C2O4?3H2O）在濃硫酸在加熱條件下進行，故應選用d裝置；

（2）實驗前應先檢查裝置的氣密性；

（3）一般用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，用澄清的石灰水檢驗，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，可以用濃硫酸干燥一氧化碳；故A、C中的試劑依次是c、a；

（4）B裝置的作用是檢驗二氧化碳是否除盡；

（5）D裝置中所發生的化學反應是一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：3CO+Fe2O32Fe+3CO2；

（6）①如果全部是氧化鐵，得到鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，得到鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；故7.0g＜m＜7.78g；

②根據氫氣的質量，利用化學方程式計算出鐵的質量，然后除以鐵紅的質量即可；

設生成0.27g氫氣需要鐵的質量為x

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

56 2

x 0.27g

56:2=x:0.27g

x=7.56g

則此鐵紅樣品中鐵的質量分數是：7.56g÷10.0g×100%=75.6%

（7）一氧化碳有毒，不能直接排放到空氣中，所以該實驗裝置的一個明顯缺陷是缺少尾氣處理裝置。

考點：探究物質的組成及含量；常用氣體的制取和收集裝置的選擇方法；常見氣體的檢驗和除雜；一氧化碳還原氧化鐵；化學方程式的書寫及意義；根據化學方程式的計算