Question

1．某興趣小組對工業(yè)煉鐵的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了深入研究．
【知識(shí)回顧】工業(yè)煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣，下列相關(guān)知識(shí)的歸納，正確的是C．
A．工業(yè)煉鐵得到的是純鐵
B．CO還原氧化鐵的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)
C．焦炭燃燒放熱，提高爐溫，并轉(zhuǎn)化成CO
D．煉鐵高爐排放的廢氣對空氣無污染
【提出問題】該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)甲烷的性質(zhì)與氫氣、一氧化碳有很多相似之處．氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？
【查閱資料】1．無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變?yōu)樗{(lán)色．
2．鐵的氧化物與稀硫酸反應(yīng)時(shí)無氣體生成
【實(shí)驗(yàn)探究】為探究上述問題，設(shè)計(jì)如下裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先通一段時(shí)間甲烷的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)產(chǎn)生爆炸．
（2）加熱一段時(shí)間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍(lán)，說明有水生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成．
【結(jié)論】甲烷有還原性．若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學(xué)方程式為4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂．
【反思質(zhì)疑】查閱資料得知：酒精燈加熱時(shí)達(dá)不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物Fe_xO_y．為探究甲烷與氧化鐵反應(yīng)后所得黑色粉末的成分，繼續(xù)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：
①將圖1各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→c→b→d（填序號(hào)）．
②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸．打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g．計(jì)算黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（寫出計(jì)算過程，結(jié)果保留到0.1%）
（2）確定黑色粉末中Fe_xO_y的化學(xué)式：
檢查圖2裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗(yàn)全都是鐵．若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則Fe_xO_y的化學(xué)式為FeO．從環(huán)保角度分析，圖2裝置存在的明顯缺陷是未進(jìn)行尾氣處理．

Answer 1

分析 根據(jù)可燃?xì)獠患凕c(diǎn)燃或是加熱可能產(chǎn)生爆炸分析解答；根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)以及物質(zhì)間反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析解答；根據(jù)題干提供的數(shù)據(jù)結(jié)合化學(xué)式的計(jì)算解答即可．

解答 解：【知識(shí)回顧】A．工業(yè)煉鐵得到的不是純鐵，錯(cuò)誤；
B．CO還原氧化鐵的反應(yīng)不屬于置換反應(yīng)，錯(cuò)誤；
C．焦炭燃燒放熱，提高爐溫，并轉(zhuǎn)化成CO，正確；
D．煉鐵高爐排放的廢氣對空氣有污染，錯(cuò)誤；
故填：C；
【實(shí)驗(yàn)探究】（1）甲烷是可燃性氣體，不純是點(diǎn)燃或是加熱可能產(chǎn)生爆炸，故實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先通一段時(shí)間甲烷的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)產(chǎn)生爆炸，故填：排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)產(chǎn)生爆炸．
（2）鐵能與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，故取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，說明有鐵生成；硫酸銅粉末遇水變藍(lán)，B中白色固體變藍(lán)，說明有水生成；故填：有氣泡產(chǎn)生；水；
【結(jié)論】生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵生成鐵、水和二氧化碳，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂．故填：4Fe₂O₃+3CH₄$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$8Fe+6H₂O+3CO₂；
【反思質(zhì)疑】（1）①鐵和稀硫酸反應(yīng)生成的硫酸亞鐵和氫氣，使用排水法收集，則氣體從短管進(jìn)入，故接口順序是a→c→b→d，故填：c；b．
②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸．打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g．設(shè)計(jì)算黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為x
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56                            2
x                             0.05g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.05g}$
x=1.4g
故鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{1.4g}{7.2g}×100%$=19.4%
（2）取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體鐵的質(zhì)量為5.6g，故氧元素的質(zhì)量為：7.2g-5.6g=1.6g，故鐵元素和氧元素的原子個(gè)數(shù)比為：$\frac{5.6g}{56}：\frac{1.6g}{16}$=1：1，則Fe_xO_y的化學(xué)式為FeO．從環(huán)保角度分析，一氧化碳是有毒的氣體，故圖2裝置存在的明顯缺陷是未進(jìn)行尾氣處理．故填：FeO；未進(jìn)行尾氣處理．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是物質(zhì)成分的確定，完成此題，可以依據(jù)已有的知識(shí)結(jié)合提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行．