Question

14．某化學興趣小組進行草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•nH₂O）分解的實驗探究．
經過小組討論，他們設計了如下裝置進行實驗（夾持裝置未畫出）：燒瓶A中盛有飽和NH₄Cl和飽和NaNO₂混合液（常用于實驗室制取N₂），干燥管B、G中均裝有堿石灰，試管D、F、I中盛有澄清石灰水．

（1）連接好裝置后，加入藥品前應該進行的實驗操作是檢查裝置氣密性（填操作名稱）．
（2）實驗時先打開活塞a，并加熱燒瓶A一段時間，其目的是用生成的N₂排除裝置內的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾；使分解產物全部通過后面的裝置，充分反應．
（3）試管E中的試劑為：氫氧化鈉溶液．
（4）裝置F的作用：檢驗二氧化碳是否被吸收完全，防止影響H中實驗產物的檢驗．
Ⅰ．定性研究
（5）試管D中出現渾濁，證明產物中有CO₂存在；證明分解產物中存在CO的現象是F中不出現渾濁，I中出現渾濁（H內固體變紅）；要證明分解時產生的另一種氣態產物的存在應該如何改進裝置在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置；裝置C反應后的固體殘余物（經測無Fe），在煮沸的稀硫酸中完全溶解，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產物為FeO．
Ⅱ．定量分析（假定每一步反應進行完全）
（6）取7.2g樣品進行上述實驗，測得硬質玻璃管C中殘余固體2.88g，硬質玻璃管H中固體質量減輕0.64g，則草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•nH₂O）分解的化學方程式為FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 根據實驗裝置可知，A裝置生成氮氣，發生反應為：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，B裝置干燥氮氣，C裝置中草酸亞鐵晶體加熱分解，試管D中出現渾濁，證明產物中有CO₂存在，F中不出現渾濁，I中出現渾濁（H內固體變紅），證明分解產物中存在CO，在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置可以證明有水蒸氣生成，E中應盛放氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳，防止影響CO的檢驗，F裝置檢驗二氧化碳是否除盡，G裝置干燥氣體．裝置檢查氣密性后，先通一段時間N₂，排除裝置內的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾，實驗結束前，也需要通入氮氣，使分解產物全部通過后面的裝置，充分反應；將充分反應后的固體殘余物投入經煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產物為FeO，
（1）分析裝置圖可知，利用生成氮氣提供惰性環境，避免干擾分解產物的分析和驗證，加入藥品前，應該進行的實驗操作是檢驗裝置氣密性；
（2）利用氮氣排除裝置中的空氣，避免空氣中二氧化碳對實驗造成干擾；實驗結束后還要打開活塞a，加熱燒瓶A一段時間，把生成的產物全部趕到后面的裝置充分反應，減少誤差；
（3）根據上面的分析可知試管E中的試劑；
（4）根據上面的分析可知裝置F的作用；
（5）D中是澄清石灰水，生成沉淀證明生成二氧化碳，證明一氧化碳生成可以利用裝置F中澄清石灰水不變渾濁，一氧化碳還原氧化銅反應生成二氧化碳通過I澄清石灰水變渾濁；結晶水合物分解生成水蒸氣，在CD間加一個成無水硫酸銅的干燥管證明水的生成，將充分反應后的固體殘余物投入經煮沸的稀硫酸中溶解，固體完全溶解且無氣體放出，說明無金屬鐵，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明無鐵離子存在，分解生成的固體產物應為氧化亞鐵；
（6）測得硬質玻璃管C中殘余固體2.88g，上述分析判斷為氧化亞鐵的質量，得到鐵元素物質的量，硬質玻璃管H中固體質量減輕0.64g是一氧化碳還原氧化銅反應前后質量變化，結合化學方程式計算費用的一氧化碳物質的量，結合元素守恒、質量守恒計算得到反應物和生成物物質的量之比，依據摩爾質量計算結晶水的數目，得到反應的化學方程式．

解答 解：根據實驗裝置可知，A裝置生成氮氣，發生反應為：NH₄Cl+NaNO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+N₂↑+2H₂O，B裝置干燥氮氣，C裝置中草酸亞鐵晶體加熱分解，試管D中出現渾濁，證明產物中有CO₂存在，F中不出現渾濁，I中出現渾濁（H內固體變紅），證明分解產物中存在CO，在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置可以證明有水蒸氣生成，E中應盛放氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳，防止影響CO的檢驗，F裝置檢驗二氧化碳是否除盡，G裝置干燥氣體．裝置檢查氣密性后，先通一段時間N₂，排除裝置內的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾，實驗結束前，也需要通入氮氣，使分解產物全部通過后面的裝置，充分反應；將充分反應后的固體殘余物投入經煮沸的稀硫酸中，固體完全溶解且無氣體放出，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明固體產物為FeO，
（1）裝置圖分析可知，裝置A是生成氮氣的發生裝置，利用生成氮氣提供惰性環境，避免干擾分解產物的分析和驗證，加入藥品前，應該進行的實驗操作是檢查裝置氣密性；
故答案為：檢查裝置氣密性；
（2）實驗時先打開活塞a，并加熱燒瓶A一段時間，其目的是利用氮氣排除裝置中的空氣，避免空氣中二氧化碳對實驗造成干擾；然后停止加熱，關閉活塞a，實驗結束前，還要打開活塞a，加熱燒瓶A一段時間，其目的是實驗結束把生成的產物全部趕到后面的裝置充分反應，減少測定誤差；
故答案為：用生成的N₂排除裝置內的空氣，避免空氣中CO₂對實驗造成的干擾；使分解產物全部通過后面的裝置，充分反應；
（3）根據上面的分析可知試管E中的試劑為氫氧化鈉溶液，
故答案為：氫氧化鈉溶液；
（4）根據上面的分析可知裝置F的作用為檢驗二氧化碳是否被吸收完全，防止影響H中實驗產物的檢驗，
故答案為：檢驗二氧化碳是否被吸收完全，防止影響H中實驗產物的檢驗；
（5）D中是澄清石灰水，生成沉淀證明生成二氧化碳，證明一氧化碳生成可以利用裝置F中澄清石灰水不變渾濁，一氧化碳還原氧化銅反應生成二氧化碳通過I澄清石灰水變渾濁；結晶水合物分解生成水蒸氣，在CD間加一個成無水硫酸銅的干燥管證明水的生成，將充分反應后的固體殘余物投入經煮沸的稀硫酸中溶解，固體完全溶解且無氣體放出，說明無金屬鐵，取反應液加入KSCN溶液無血紅色，證明無鐵離子存在，分解生成的固體產物應為氧化亞鐵；
故答案為：CO₂，F中不出現渾濁，I中出現渾濁（H內固體變紅）；在CD之間連一個盛有無水CuSO₄的裝置；FeO；
（6）上述實驗分析，測得硬質玻璃管C中殘余固體2.88g，判斷為氧化亞鐵的質量，計算得到鐵元素物質的量=$\frac{2.88g}{72g/mol}$=0.04mol，硬質玻璃管H中固體質量減輕0.64g是一氧化碳還原氧化銅反應前后質量變化，結合化學方程式計算反應的一氧化碳物質的量，
CuO+CO=Cu+CO₂，△m
    1mol        16g
    0.04       0.64g
結合元素守恒鐵元素物質的量為0.04mol，7.2g樣品物質的量為0.04mol，摩爾質量=$\frac{7.2g}{0.04mol}$=180g/mol，依據FeC₂O₄•nH₂O計算得到n=2，生成一氧化碳物質的量為0.04mol，氧化亞鐵物質的量為0.04mol，水的物質的量為0.08mol，結合氧化還原反應電子守恒計算得到二氧化碳物質的量為0.04mol，反應的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了物質性質的分析判斷，實驗基本操作應用，分解產物的實驗驗證和成分就是應用，掌握方法和基礎是關鍵，題目難度較大．