Question

【題目】（13分）精還原鐵粉是一種重要的化工原料，某興趣小組對其進行下列研究：

【物質(zhì)制備】利用綠礬制備精還原鐵粉的工藝流程如下：

粗還原鐵粉中還含有少量鐵的氧化物和Fe3C雜質(zhì)，可用氫氣在高溫下進一步還原，其反應(yīng)方程式為：、。

（1）寫出焙燒中氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式 。

（2）焙燒中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反應(yīng)所需高溫外，還能 。

【含量測定】甲同學(xué)為得到精還原鐵粉并測定粗還原鐵粉中氧和碳元素的質(zhì)量分數(shù)，按如下裝置進行實驗。已知：3CH4+4Fe2O3 3CO2+6H2O+8Fe ，濃硫酸有吸水性，堿石灰不僅能吸收水而且能吸收CO2。（假設(shè)每步反應(yīng)都完全且不考慮裝置內(nèi)原有空氣對測定結(jié)果的影響）。

（3）主要實驗步驟如下：

①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質(zhì)量；

②緩緩?fù)ㄈ?/span>純凈干燥的H2；

③點燃C處酒精燈；

④點燃A 處酒精燈；

⑤分別熄滅A、C處酒精燈；

⑥ ；

⑦再次稱量必要裝置的質(zhì)量。

（4）步驟②的目的是 ，驗證該步驟目的達到的實驗方法是 。

（5）反應(yīng)后C裝置中的現(xiàn)象是 。

（6）裝置F的作用是 。

（7）若缺少裝置D，則所測氧元素的質(zhì)量分數(shù)將 （“偏大”、“偏小”或“不變”）。

（8）實驗后，甲同學(xué)根據(jù)裝置 (填A(yù)、B、C、D、E、F)的增重分別算得樣品中氧和碳元素的質(zhì)量分數(shù)。

（9）乙同學(xué)將10.0克粗還原鐵粉樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，經(jīng)測定共產(chǎn)生0.3克氣體。計算該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)。（要求寫出計算過程）

Answer 1

【答案】(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2

(2)產(chǎn)生CO

(3)裝置冷卻后停止通H2或繼續(xù)通H2 直至裝置冷卻

(4)排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸 收集尾氣驗純

(5)紅棕色的粉末變成黑色

(6)防止空氣中的CO2、水蒸氣進入E

(7)不變

(8)B、E

(9)84%

解：設(shè)該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為x。

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑ ………………1分

56 2

10.0g*x 0.3g ………………1分

56 / 2 = 10.0g*x / 0.3g ………………1分

x = 84% ………………1分

答：該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為84%。

【解析】

試題分析：氧化鐵與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式(1)Fe2O3+3CO ====2Fe+3CO2，焦炭的作用除了可以作燃料提供反應(yīng)所需高溫外，還有就是能與生成的二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳，即提供一氧化碳，為了防止生成的鐵再次被氧化，所以裝置冷卻后停止通H2或繼續(xù)通H2 直至裝置冷卻，緩緩?fù)ㄈ?/span>純凈干燥的H2，排出裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法收集尾氣驗純，反應(yīng)后C裝置中的現(xiàn)象是紅棕色的粉末變成黑色，裝置F的作用是防止空氣中的CO2、水蒸氣進入E ，D裝置是用來吸收水分的，如果沒有D裝置，則E中增加的質(zhì)量就不止是二氧化碳的質(zhì)量，還有水分的質(zhì)量，所以測出來的二氧化碳含量變大，導(dǎo)致的是碳元素含量不準(zhǔn)確，而對B裝置是用來測定氧元素含量的，所以對氧元素含量沒有影響，根據(jù)B裝置測定氧元素的含量，根據(jù)D裝置測定碳元素的含量，乙同學(xué)將10.0克粗還原鐵粉樣品與足量稀鹽酸充分反應(yīng)，經(jīng)測定共產(chǎn)生0.3克氣體，發(fā)生的反應(yīng)為鐵和稀鹽酸的反應(yīng)，生成的氣體是氫氣，所以根據(jù)化學(xué)方程式進行計算：解：設(shè)該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為x。

Fe + 2HCl === FeCl2 + H2↑

56 2

10.0g*x 0.3g

56 / 2 = 10.0g*x / 0.3g

x = 84%

答：該粗還原鐵粉樣品中鐵單質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為84%。