Question

5．鐵制品銹蝕的過程，實際上是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生反應的過程，銹的主要成分是Fe₂O₃?xH₂O．某化學興趣小組在實驗室中用足量一氧化碳還原鐵銹，裝置如下圖，酒精燈b的作用是點燃多余的一氧化碳，防止污染空氣．

【實驗操作】該實驗開始時，要先通一氧化碳，目的是排凈裝置中的空氣，防止爆炸．
【現(xiàn)象分析】實驗過程中，觀察到玻璃管中固體紅色粉末逐漸變黑，澄清石灰水變渾濁，證明一氧化碳還原了鐵銹，寫出化學方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【提出問題】一氧化碳還原鐵銹的固體產(chǎn)物是鐵嗎？
【實驗設計】上述反應進行完全后，冷卻到室溫，取少量管中的固體，加入稀鹽酸，若觀察到有氣泡產(chǎn)生，則證明有鐵生成．該小組同學按上述設計進行實驗，并未觀察到預期現(xiàn)象．
【查閱資料】氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關，可能生成四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
【實驗反思】的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．上圖所示實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
【重新實驗】該小組同學用修改后的裝置重新進行實驗，完全反應后，冷卻到室溫，取少量玻璃管中的固體，加入硫酸銅溶液，觀察到有紅色固體析出，證明有鐵生成．
【拓展應用】該小組同學用修改后的裝置進行赤鐵礦的實驗，使赤鐵礦中的氧化鐵全部轉變?yōu)殍F（已知赤鐵礦中的雜質不與反應），測得下列數(shù)據(jù)：
①反應前玻璃管和內盛赤鐵礦粉末的總質量70.0g（玻璃管的質量為60.0g）；
②反應后玻璃管和內盛固體的總質量67.6g（冷卻到室溫稱量）．則該赤鐵礦中氧化鐵的質量分數(shù)為80%．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的鐵生銹的知識進行分析解答，鐵在與水和氧氣并存時易生銹．根據(jù)一氧化碳有毒，直接排放會污染空氣來分析解答；
【實驗操作】根據(jù)一氧化碳的可燃性分析；
【現(xiàn)象分析】根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵的現(xiàn)象來分析；
【實驗設計】根據(jù)金屬的性質來分析；
【實驗反思】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間，從而考慮裝置的改進；
【重新實驗】根據(jù)金屬的化學性質來分析；
【拓展應用】根據(jù)減少的質量為氧化鐵中氧元素的質量以及化學方程式來分析．

解答 解：鐵在與水和氧氣并存時易生銹，故填：氧氣、水蒸氣（或O₂、H₂O）
如果通入的CO過量，有毒的一氧化碳就會沿導管排入大氣中，所以尾氣要處理后排入大氣．用酒精燈將其點燃，是為了防止造成空氣的污染，故填：點燃多余的一氧化碳，防止污染空氣；
【實驗操作】一氧化碳具有可燃性，如果不純可能發(fā)生爆炸，實驗開始時，要先通一氧化碳，排凈裝置中的空氣，防止爆炸．故填：排凈裝置中的空氣，防止爆炸；
【現(xiàn)象分析】氧化鐵在一氧化碳的還原作用下，由紅色氧化鐵粉末逐漸變成黑色鐵粉末；除生成鐵以外，還生成二氧化碳氣體，二氧化碳與澄清石灰水反應，使澄清石灰水變渾濁，一氧化碳與氧化鐵在高溫的條件下，生成鐵和二氧化碳，配平即可．化學方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．故填：紅色粉末逐漸變黑；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
【實驗設計】鐵能與酸反應生成氫氣，所以若有鐵存在，會看到有氣泡產(chǎn)生，故填：有氣泡產(chǎn)生；
【實驗反思】一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，若要得到鐵可適當提高反應溫度和延長反應時間．上圖所示實驗裝置中，應作的一處修改是將酒精燈a換成酒精噴燈．
故填：將酒精燈a換成酒精噴燈（或給酒精燈a加網(wǎng)罩）；
【重新實驗】除上述方案，還可以采取另一種實驗方案，所用的試劑是硫酸銅溶液，鐵與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵；所以，可通過觀察是否有紅色固體生成，判斷黑色固體中是否含金屬鐵；故填：有紅色固體析出；
【拓展應用】玻璃管中固體減少的質量即為氧化鐵中鐵元素的質量：70.0g-67.6g=2.4g；
設氧化鐵的質量為x，則
3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?固體質量減少
    160                    112         160-112=48
     x                                               2.4g
$\frac{160}{x}=\frac{48}{2.4g}$
x=8.0g
該赤鐵礦中氧化鐵的質量分數(shù)為$\frac{8.0g}{70.0g-60.0g}×100%$=80%
故填：80%．

點評 本題綜合性較強，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應前后元素的質量不變，并會結合方程式分析即可順利解答．