Question

20．實驗室用如圖裝置測定FeO和Fe₂O₃固體混合物中Fe₂O₃的質量，裝置D中硬質雙通玻璃管中的固體物質是FeO和Fe₂O₃的混合物．

（1）為了安全，在點燃D處的酒精燈之前，必須在b處收集氫氣驗純；
（2）裝置B的作用是除去氫氣中的氯化氫；裝置C中裝的液體是濃硫酸，所起的作用是除水蒸氣或干燥氫氣；
（3）檢驗裝置A氣密性的方法是：關閉a，往球形漏斗中加水，球形漏斗下端有一段水柱高于容器中液面，則裝置氣密性完好；
（4）若FeO和Fe₂O₃固體混合物的質量為23.2g，反應完全后U型管的質量增加7.2g，則混合物中Fe₂O₃的質量為16g．
（5）若裝置中無干燥管F，則測得的Fe₂O₃質量將偏大（填“偏大”、“偏小”或“無影響”下同），若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，則測得的Fe₂O₃質量將偏大；證明FeO和Fe₂O₃固體混合物中含有FeO的方法是：根據鐵、氧原子的個數比判斷FeO和Fe₂O₃固體混合物中含有FeO．

Answer 1

分析 （1）D裝置發生的反應是氫氣還原氧化亞鐵、氧化鐵的反應，氫氣是可燃性氣體加熱或點燃前需要進行驗純；
（2）A中產生的H₂中混有HCl和水蒸氣，必須通過洗氣逐一除去，防止干擾后續實驗；
（3）依據裝置中氣體壓強變化和液面變化分析判斷裝置氣密性；
（4）根據氧化鐵、氧化亞鐵的總質量及U型管的質量增加7.2g為水的質量列式計算；
（5）若無干燥管F，空氣中的水蒸氣被E吸收則所測生成水的質量增大，氧元素物質的量偏大，Fe₂O₃的質量也將偏大；裝置D中發生的是氧化亞鐵、氧化鐵與氫氣的反應，固體混合物反應前后質量的減少其實是其中氧元素的質量，根據鐵、氧原子的個數比判斷．

解答 解：（1）裝置D中發生的是氧化亞鐵、氧化鐵與氫氣的反應，反應方程式為：3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+H₂O，氫氣是可燃性氣體，裝置中需要充滿氫氣后方可進行加熱反應，所以需要對氫氣進行驗純，避免混有空氣加熱發生爆炸，在b處收集氫氣驗純；
故答案為：在b處收集氫氣驗純；
（2）由于A中產生的H₂中混有HCl和水蒸氣，必須通過洗氣逐一除去，防止干擾后續實驗，所以B的作用是除去氫氣中的氯化氫，C的濃硫酸，用于干燥氫氣，
故答案為：除去氫氣中的氯化氫；濃硫酸；除水蒸氣或干燥氫氣；
（3）檢查裝置A的氣密性，需要關閉開關a，在球形漏斗中加入水到下端液面高于容器中的液面，一段時間后液面不變證明氣密性完好；
故答案為：關閉a，往球形漏斗中加水，球形漏斗下端有一段水柱高于容器中液面，則裝置氣密性完好；
（4）U型管的質量增加的7.2g是水，物質的量是 $\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol，
設FeO、Fe₂O₃物質的量分別為X、Y，則：X+3Y=0.4
根據質量可列式：72X+160Y=23.2
解得Y=0.1，X=0.1，
所以氧化鐵的質量為：160g/mol×0.1mol=16g，
故答案為：16g；
（5）干燥管F的作用防空氣中水蒸氣對實驗干擾，若無干燥管F，空氣中的水蒸氣被E吸收則所測生成水的質量增大，導致氧的含量增大，Fe₂O₃的質量將偏大，若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，即上式中X偏小，則Y偏大，測得的Fe₂O₃質量將偏大，FeO中n（Fe）：n（O）=1：1，Fe₂O₃中n（Fe）：n（O）=，2：3，裝置D中發生的是氧化亞鐵、氧化鐵與氫氣的反應，固體混合物反應前后質量的減少其實是其中氧元素的質量，根據鐵、氧原子的個數比判斷FeO和Fe₂O₃固體混合物中含有FeO，
故答案為：偏大；偏大；根據鐵、氧原子的個數比判斷FeO和Fe₂O₃固體混合物中含有FeO．

點評 本題考查了測定FeO和Fe₂O₃固體混合物中Fe₂O₃的質量，是一道綜合實驗題，解題的關鍵是掌握各種裝置的作用，并能根據相關的數據進行計算，此題對訓練學生思維能力有一定幫助，本題難度中等．