Question

某同學為測定12g含雜質的氧化鐵樣品中氧化鐵的質量分數，利用稀硫酸和鋅粒制取氫氣，設計了如圖所示的裝置，進行有關的實驗探究（提示：氫氣和氧化鐵在高溫條件下發(fā)生置換反應，雜質不參加反應，濃硫酸具有吸水性，假定每步均完全反應或吸收）．
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量；②緩緩通入干燥的氫氣；③點燃B處酒精燈；④反應結束熄滅B處酒精燈；⑤待裝置B冷卻至室溫再停止通氫氣；⑥再次稱量必要裝置的質量．

	裝置B	裝置C
反應前的質量/g	86.3	284.2
反應后的質量/g	83.9	286.9

（1）實驗時先通氫氣后加熱的目的是

 

．驗證該步驟目的達到的實驗方法是

 

．
（2）裝置B處的現象

 

發(fā)生反應的化學方程式

 

．
（3）請計算樣品中氧化鐵的質量分數

 

．
（4）該實驗還可測定組成水的各元素之間的質量關系，請用表中實驗數據列式表示出水中氫、氧元素的質量比為

 

（不用化簡）；若氧化鐵沒有完全反應，則求得水中氫、氧元素的質量比會

 

（“偏大”、“偏小”或“不變”）；若缺少裝置A，則求得水中氫、氧元素的質量比會

 

（“偏大”、“偏小”或“不變”）．

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,氣體的干燥（除水）,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式,氫氣的化學性質與燃燒實驗

專題：科學探究

分析：（1）實驗時先通氫氣后加熱的目的是：除去裝置內的氧氣，防止發(fā)生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；
（2）氧化鐵與氫氣反應生成鐵和水，據此分析裝置B處的現象，寫出化學方程式；
（3）根據B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，計算出氧化鐵的質量，進而計算氧化鐵的質量分數；
（4）根據B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，也就是生成的水中氧元素的質量，C裝置中增加的質量為水的質量，水由氫元素和氧元素組成，故水的質量減去氧元素的質量就是氫元素的質量，故而可求出氫氧元素的質量比；物質的組成是一定的，水中氫氧元素的質量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，水中氫氧元素的質量比是不變的；
若缺少裝置A，氧元素的測定取決于B裝置，氫元素的質量據C判斷，由于鋅和硫酸反應會有部分水蒸氣進入C，所以水的質量增加，氧元素不變，則測出的氫元素的質量會偏大，從而使氫、氧元素的質量比變�。�

解答：解：
（1）實驗時先通氫氣后加熱的目的是：除去裝置內的氧氣，防止發(fā)生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音，若聽到‘噗’的一聲，說明空氣已排盡；
（2）氧化鐵與氫氣在加熱的條件下反應生成鐵和水，氧化鐵是紅色粉末，鐵粉是黑色粉末，所以會在B處觀察到紅色粉末變?yōu)楹谏�；發(fā)生反應的化學方程式3H₂+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3H₂O；           
（3）B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，即86.3g-83.9g=2.4g
則氧化鐵的質量為：2.4g÷

16×3

56×2+16×3

×100%=8g
∴樣品中氧化鐵的質量分數為

8g

12g

×100%≈66.7%；
答：樣品中氧化鐵的質量分數為66.7%；
（4）由（3）可知氧化鐵中氧元素的質量即是水中氧元素的質量，即2.4g，C裝置中增加的質量為水的質量，水由氫元素和氧元素組成，故水的質量減去氧元素的質量就是氫元素的質量，即（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g），故氫元素和氧元素的質量比為：【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；
因為物質的組成是一定的，水中氫氧元素的質量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，水中氫氧元素的質量比是不變的；
若缺少裝置A，氧元素的測定取決于B裝置，氫元素的質量據C判斷，由于鋅和硫酸反應會有部分水蒸氣進入C，所以水的質量增加，氧元素不變，則測出的氫元素的質量會偏大，從而使氫、氧元素的質量比變大；
答案：
（1）排盡裝置內的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸； 收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；
（2）黑色固體變紅   3H₂+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3H₂O；
（3）66.7%；
（4）【（286.9-284.2）-（86.3-83.9）】：（86.3-83.9）不變；  偏大．

點評：本題考查知識綜合而全面，能很好的考查知識的運用及實驗分析的能力．根據所給的實驗數據分析，B裝置減少的質量是氧元素的質量，C裝置增加的質量是反應生成的水的質量，這是解決本題的關鍵．