Question

某課外活動小組在實驗室條件下探究CO與Fe₂O₃反應的產物情況，實驗設計如圖所示．
請填寫下列空白：
（1）實驗開始時，先通CO一段時間再點燃灑精燈的理由是

 

．
（2）上述裝置中缺少尾氣處理部分，如何進行尾氣處理？

 

．
（3）當觀察到固體粉末由紅棕色完全變為黑色時，欲停止實驗應進行的操作為

 

．
（4）然后，活動小組同學對所得黑色固體做了如下探究實驗：
①用磁鐵在玻璃管外壁感應，發現黑色固體感應移動．
②取少許黑色固體置于一支小試管中，加入稀鹽酸，未見氣體產生．
③另取少許黑色固體置于另一支小試管中，加入CuSO₄溶液，振蕩、靜置，無明顯現象．由此說明：該黑色固體可能是

 

（填化學式）．
（5）為了準確確定CO與Fe₂O₃反應的產物情況，活動小組同學又取Fe₂O₃固體進行了定量實驗，記錄有關數據如下：

加熱時間/min	0	10	60	120	130
固體質量/g	24.0	23.2	21.6	16.8	16.8

通過計算判斷：加熱到120min時所得固體產物為

 

（填化學式）；若10min時所得固體為純凈物，則在0～10min時間段里發生反應的化學方程式為

 

．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）實驗開始，先通一段時間的CO，排出空氣，可以防止爆炸；
（2）CO具有毒，可以燃燒得到二氧化碳；
（3）裝置結束的操作是：停止加熱，仍然通CO，直到試管冷卻，據此回答；
（4）金屬鐵可以和鹽酸反應生成氫氣，四氧化三鐵具有磁性，氧化鐵是紅棕色的固體，據此判斷；
（5）一氧化碳還原氧化鐵可以得到單質鐵，但是還原不充分，還會得到氧化亞鐵等產物．

解答： 解：（1）實驗開始先通入CO，排盡裝置內的空氣，防止CO與空氣混合，加熱時發生爆炸，故答案為：趕出裝置內的空氣，防止發生爆炸；
（2）CO具有毒，可以燃燒得到二氧化碳，尾氣處理一氧化碳可以用點燃的方法，故答案為：在導管口將尾氣點燃；
（3）實驗完畢后要繼續通入 CO氣體，直到玻璃管冷卻，防止高溫下的鐵與空氣接觸，被氧化．
故答案為：撤掉酒精燈，繼續通入一氧化碳氣體，直到固體冷卻；
（4）①用磁鐵在玻璃管外壁感應，發現黑色固體感應移動，則一定存在四氧化三鐵；
②取少許黑色固體置于一支小試管中，加入稀鹽酸，未見氣體產生，一定無金屬鐵，可能含有氧化亞鐵；
③另取少許黑色固體置于另一支小試管中，加入CuSO₄溶液，振蕩、靜置，無明顯現象，一定不含鐵單質，由此說明黑色固體可以是：FeO、Fe₃O₄或Fe₃O₄，
故答案為：FeO、Fe₃O₄或Fe₃O₄；
（5）加熱到120min時所得固體產物不隨時間的改變而改變，則證明得到的16.8g是金屬鐵，則
3CO+Fe₂O₃

△   .

2Fe+3CO₂     固體質量減小
3     1      2    3         48g
    0.15mol                 24g-16.8g=7.2g
若10min時所得固體為純凈物，則在0～10min時間段里，設得到的產物是Fe_xO_y
  xFe₂O₃～2Fe_xO_y 固體質量減小
   x      1         （3x-2y）×16
0.15mol               24g-23.2g=0.8g
解得x：y=3：4，所以產物是Fe₃O₄，即CO+3Fe₂O₃

△   .

2Fe₃O₄+CO₂，
故答案為：Fe；CO+3Fe₂O₃

△   .

2Fe₃O₄+CO₂．

點評：本題是一道關于氧化鐵的性質的探究實驗題，考查學生實驗探究能力以及分析和解決問題的能力，難度中等．