Question

20．一碳化學是以分子中只含有一個碳原子的化合物（如CO、CH₄等）為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學．CO是從煤的氣化或合成氣得到的．
（1）煤的氣化主要反應有：
①2C+O₂=2CO  ②C+H₂O=CO+H₂   ③CO+H₂O=CO₂+H₂
上述反應屬于化合反應的是①（填序號），屬于氧化反應的是①②③（填序號）．
（2）合成氣可通過天然氣的重整得到，如CH₄+H₂O=CO+3H₂合成氣可制二甲醚，二甲醚被稱為21世紀的新型燃料．合成氣還可用于冶煉金屬，用它冶煉鐵的部分生產過程示意如圖：

①二甲醚（CH₃OCH₃）可由合成氣（CO和H₂）在一定的條件下制的．用合成氣制二甲醚時，還產生了一種可參與大氣循環(huán)的、常溫為液態(tài)的氧化物，寫出該反應的化學方程式：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O．
②合成氣在冶煉鐵的生產過程中所起的作用是將鐵從鐵礦石中還原出來（或還原劑）．
（3）化學興趣小組的同學為了測定某赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)．
Ⅰ．甲同學取一定質量的赤鐵礦粉與過量的木炭粉混合后，用下圖所示裝置以合理的操作步驟測定（假設雜質始終不發(fā)生變化）．

①實驗中持續(xù)通入干燥的氮氣．加熱前緩緩通入一段時間，其作用是裝置內的空氣排盡．
②停止加熱前是否需要先斷開a和b的連接處以防止倒吸？為什么？
不需要斷開，還需要繼續(xù)通入氮氣．
③如果氫氧化鈉溶液對二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同學用氫氧化鈉溶液的質最變化測定出氧化鐵的質量分數(shù)將偏�。ㄟx填“偏大”、“偏小”或“準確”），原因是氫氧化鈉增重的質量因一氧化碳的生成和氣體帶走的水蒸氣而偏�。�
Ⅱ．乙同學取礦石樣品10g，加入足量稀鹽酸，完全反應后，共用去稀鹽酸109.5g過濾得到濾渣2g（假設雜質既不溶于水也不與酸發(fā)生反應）．請你和乙同學-起計算赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)和反應后溶液中溶質的質量分數(shù)．（請寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）化合反應是兩種和兩種以上物質生成一種物質的反應；
（2）根據(jù)反應物和生成物書寫化學方程式；可以根據(jù)物質的性質和用途及其煉鐵原理等方面進行分析、判斷，從而得出正確的結論．
（3）Ⅰ、由于裝置內空氣中的氧氣能與碳反應生成二氧化碳，據(jù)此分析通入氮氣的作用；
根據(jù)裝置內壓強的變化分析反應結束后，熄滅噴燈的火焰后，馬上停止通入N₂，出現(xiàn)的后果；
根據(jù)反應會生成一氧化碳和氣體帶走一部分水蒸氣造成氫氧化鈉溶液質量的減少分析；
根據(jù)尾氣中含有一氧化碳能污染空氣分析裝置存在的問題．
Ⅱ、氧化鐵和鹽酸可發(fā)生反應，所以剩余后的濾渣是樣品中的雜質，從而可計算出礦石中氧化鐵的質量分數(shù)；
氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水，反應后溶液是氯化鐵溶液，反應后溶液中溶質的質量分數(shù)的計算，可根據(jù)化學方程式求溶質的質量，溶液的質量可根據(jù)公式：“反應后溶液的質量=反應前加入的所有物質質量之和-雜質的質量-氣體的質量-沉淀的質量”來求出，結合已知量和方程式進行計算即可．

解答 解：（1）化合反應是兩種或兩種以上物質反應后生成另一種物質的反應；物質和氧發(fā)生的化學反應，三個反應都是物質和氧發(fā)生的化學反應，故答案為：①；①②③．
（2）根據(jù)反應物生成物和質量守恒書寫化學方程式為：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O；合成氣為CO和H₂ 故它們能把鐵從鐵礦石中還原出來，做還原劑．
（3）Ⅰ、①由題意實驗的目的可知，由于裝置內空氣中的氧氣能與碳反應生成二氧化碳，影響實驗測定的準確性．所以，通入氮氣的作用是：將裝置內的空氣排盡．
②反應結束后，微粒防止還原出的鐵重新被氧化，還需要繼續(xù)通入氮氣．
③由于在高溫條件下，碳與氧化鐵也會生成一氧化碳，如果氫氧化鈉溶液是足量的，對二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同學用氫氧化鈉溶液的增重測定出氧化鐵的質量分數(shù)將偏小，其理由：使氫氧化鈉增重的質量因一氧化碳的生成和氣體帶走的水蒸氣而偏��；
Ⅱ、氧化鐵和鹽酸可發(fā)生反應，所以剩余后的濾渣是樣品中的雜質，赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)為：$\frac{10g-2g}{10g}$×100%=80%
氧化鐵的質量是8g，設反應生成氯化鐵的質量為x
Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O
160         325
8g           x
$\frac{160}{325}=\frac{8g}{x}$
x=16.25g        
$\frac{16.25g}{（109.5g+8g）}$×100%=13.8%；
答：赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)為80%，反應后溶液中溶質的質量分數(shù)約為13.8%；
故答案為：（1）①；①②③；
（2）2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定條件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O；將鐵從鐵礦石中還原出來（或還原劑）；
（3）Ⅰ．①將裝置內的空氣排盡；②不需要斷開，還需要繼續(xù)通入氮氣；③偏小，氫氧化鈉增重的質量因一氧化碳的生成和氣體帶走的水蒸氣而偏�。�
Ⅱ．赤鐵礦石中氧化鐵的質量分數(shù)為80%，反應后溶液中溶質的質量分數(shù)約為13.8%．

點評 本題主要考查了實驗設計的問題，有關實驗方案的設計和對實驗方案的評價是中考的熱點之一，解答計算時要據(jù)物質的性質和方程式細心分析解答．