Question

8．甲酸（HCOOH）俗稱蟻酸，能刺激皮膚起泡，存在于蜂類、某些蟻類和毛蟲(chóng)的分泌物中．某校興趣小組同學(xué)對(duì)甲酸進(jìn)行研究，并進(jìn)行一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)．
【查閱資料】
①甲酸的酸性比醋酸強(qiáng)，具有酸的通性．
②甲酸（HCOOH）是無(wú)色易揮發(fā)的液體，在濃硫酸作用下易分解．甲酸分解的化學(xué)方程式為：HCOOH$→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O，濃硫酸在反應(yīng)中起脫水作用．
③鐵與氯化鐵溶液在常溫下發(fā)生反應(yīng)生成氯化亞鐵．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作】
I．驗(yàn)證甲酸的酸性，完成實(shí)驗(yàn)記錄：

	操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	原理或解釋
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液變成紅色	溶液中含氫離子
	加適量的鋅粒	觀察到有氣泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化鐵粉末	觀察到紅棕色固體消失，溶液變成黃色	甲酸可以與金屬氧化物反應(yīng)，工業(yè)上 可用甲酸除銹

Ⅱ．利用下列圖1裝置，以甲酸為原料制備純凈、干燥的一氧化碳，完成一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)，并檢驗(yàn)氣態(tài)產(chǎn)物．

①實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先組裝好儀器，并檢查裝置的氣密性，再裝入藥品．若各步均反應(yīng)完全，裝置的連接順序?yàn)榧住�乙→戊→丁→丙（填序�?hào)）．從環(huán)保角度，連接好的裝置還存在明顯不足，請(qǐng)改進(jìn)加裝尾氣處理裝置．
②實(shí)驗(yàn)時(shí)先點(diǎn)燃甲中的酒精燈，一段時(shí)間后再點(diǎn)燃丁中的酒精噴燈，目的是產(chǎn)生CO氣體，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱爆炸；裝置乙能否去除不能（選填“能”、“不能”），你的理由是如果不除去CO中的甲酸氣體，甲酸氣體會(huì)與氧化鐵以及石灰水反應(yīng)．
③裝置丁中觀察到的現(xiàn)象是紅色的氧化鐵粉末逐漸變?yōu)楹谏�；裝置丙中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ．
④為檢驗(yàn)氧化鐵是否反應(yīng)完全，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案：從裝置丁中取出少量反應(yīng)后的固體粉末于試管中，加入足量稀鹽酸，若觀察到有大量氣泡產(chǎn)生且溶液變?yōu)闇\綠色而非黃色，則說(shuō)明氧化鐵已完全反應(yīng)．上述判斷是否正確，理由是不正確，未反應(yīng)的氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應(yīng)，溶液也可變?yōu)闇\綠色．
Ⅲ．已知在不同的溫度下，CO與氧化鐵反應(yīng)能生成其它鐵的氧化物（或鐵單質(zhì)）和CO₂．反應(yīng)過(guò)程中丁中管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化曲線如圖2．
利用圖2顯示的相關(guān)信息，回答如下問(wèn)題．
①在0～400℃溫度范圍內(nèi)，管內(nèi)固體質(zhì)量不變，其原因是未達(dá)到反應(yīng)所需的最低溫度．
②圖中x=1.68g．
③試據(jù)圖計(jì)算并推斷B點(diǎn)固體的合理化學(xué)式FeO．
④寫(xiě)出在溫度500～600℃內(nèi)，丁裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂ ．

Answer 1

分析 【查閱資料】濃硫酸在甲酸分解反應(yīng)中起脫水作用；
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作】
I．根據(jù)酸的性質(zhì)分析
Ⅱ．①實(shí)驗(yàn)之前先檢查裝置的氣密性．根據(jù)甲酸（HCOOH）是無(wú)色易揮發(fā)的液體，制取的一氧化碳（甲裝置）中可能含有甲酸，用乙裝置處理，再干燥（戊裝置），通入反應(yīng)裝置（�。�，處理二氧化碳（丙）再進(jìn)行尾氣處理；進(jìn)行解答；
②根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)主要步驟為：（一）先通入一氧化碳一段時(shí)間（目的是排盡玻璃管內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)玻璃管內(nèi)的一氧化碳與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸）；（二）點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱；（三）熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直至裝置冷卻（防止剛生成的鐵在高溫下又與氧氣反應(yīng)，使實(shí)驗(yàn)失�。�；（四）停止通入一氧化碳．進(jìn)行解答；
根據(jù)甲酸是無(wú)色易揮發(fā)的液體，裝置乙用來(lái)處理制取的一氧化碳可能含有甲酸，進(jìn)行解答；
③裝置丁中觀察到的現(xiàn)象：紅色的氧化鐵粉末逐漸變?yōu)楹谏�；正確書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的化學(xué)方程式；
④根據(jù)未反應(yīng)的氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應(yīng)，溶液也可變?yōu)闇\綠色．進(jìn)行解答．
Ⅲ．根據(jù)該實(shí)驗(yàn)流程為：一氧化碳與氧化鐵在解熱的條件下，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧逐漸失去，最后得到單質(zhì)鐵解答．

解答 解：【查閱資料】濃硫酸在甲酸分解反應(yīng)中起脫水作用；
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作】I．甲酸溶于水能電離出氫離子，溶液顯酸性，可使紫色石蕊變紅．甲酸與鋅粒反應(yīng)產(chǎn)生氫氣；與氧化鐵反應(yīng)生成甲酸鐵和水，鐵離子的溶液為黃色．
Ⅱ．①實(shí)驗(yàn)之前先檢查裝置的氣密性．根據(jù)甲酸（HCOOH）是無(wú)色易揮發(fā)的液體，制取的一氧化碳（甲裝置）中可能含有甲酸，用乙裝置處理，再干燥（戊裝置），通入反應(yīng)裝置（丁），處理二氧化碳（丙）再進(jìn)行尾氣處理；所以裝置的連接順序?yàn)椋杭住�乙→戊→丁→丙；由于一氧化碳有毒污染空氣，所以�?yīng)該有尾氣處理裝置．
②根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵實(shí)驗(yàn)主要步驟為：（一）先通入一氧化碳一段時(shí)間（目的是排盡玻璃管內(nèi)的空氣，防止加熱時(shí)玻璃管內(nèi)的一氧化碳與空氣的混合氣體發(fā)生爆炸）；（二）點(diǎn)燃酒精噴燈給氧化鐵加熱；（三）熄滅酒精噴燈，繼續(xù)通一氧化碳直至裝置冷卻（防止剛生成的鐵在高溫下又與氧氣反應(yīng)，使實(shí)驗(yàn)失敗）；（四）停止通入一氧化碳．可得：實(shí)驗(yàn)時(shí)先點(diǎn)燃甲中的酒精燈，一段時(shí)間后再點(diǎn)燃丁中的酒精噴燈，目的是：產(chǎn)生CO氣體，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱爆炸；
根據(jù)甲酸是無(wú)色易揮發(fā)的液體，裝置乙用來(lái)處理制取的一氧化碳中含有甲酸氣體；因此裝置乙的作用是：除去CO中的甲酸氣體；
③裝置丁中觀察到的現(xiàn)象：紅色的氧化鐵粉末逐漸變?yōu)楹谏��?br />反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④根據(jù)未反應(yīng)的氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應(yīng)，溶液也可變?yōu)闇\綠色．
Ⅲ．①在0～400℃溫度范圍內(nèi)，根本達(dá)不到反應(yīng)所需的最低溫度，所以氧化鐵的質(zhì)量并未改變．
故答案為：未達(dá)到反應(yīng)所需的最低溫度．
②從400℃開(kāi)始，隨著溫度的升高，氧化鐵中的氧開(kāi)始逐漸失去，到700℃時(shí)只剩下鐵，即此時(shí)氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì)．
根據(jù)元素守恒，鐵單質(zhì)的質(zhì)量=氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
故答案為1.68．
③B處氧化物中鐵的質(zhì)量=氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
B處氧化物中氧的質(zhì)量=氧化鐵中氧的質(zhì)量-失去氧的質(zhì)量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.16）g=0.48g
A處氧化物中鐵與氧原子個(gè)數(shù)比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.48g}{16}$=$\frac{1}{1}$，所以A處氧化物的化學(xué)式為FeO
故答案為：FeO
④A處氧化物中鐵的質(zhì)量=氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量=2.4g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=1.68g，
A處氧化物中氧的質(zhì)量=氧化鐵中氧的質(zhì)量-失去氧的質(zhì)量=2.4g×$\frac{16×3}{160}$×100%-（2.40-2.32）g=0.64g
A處氧化物中鐵與氧原子個(gè)數(shù)比=$\frac{1.68g}{56}$：$\frac{0.64g}{16}$=$\frac{3}{4}$，所以A處氧化物的化學(xué)式為Fe₃O₄
在溫度500～600℃內(nèi)，丁裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂
故答案為：【查閱資料】脫水；【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作】I．

	操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	原理或解釋
取 甲 酸 溶 于 水	滴加紫色石蕊	溶液變成紅色	溶液中含氫離子
	加適量的鋅粒	觀察到 有氣泡冒出	2HCOOH+Zn═（HCOO）2Zn+H2↑
	加氧化鐵粉末	觀察到紅棕色固體消失，溶液變成黃色	甲酸可以與金屬氧化物反應(yīng)，工業(yè)上 可用甲酸除銹

Ⅱ．①檢查裝置的氣密性；乙→戊→丁→丙；加裝尾氣處理裝置．
②產(chǎn)生CO氣體，排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱爆炸；不能；如果不除去CO中的甲酸氣體，甲酸氣體會(huì)與氧化鐵以及石灰水反應(yīng)；
③紅色的氧化鐵粉末逐漸變?yōu)楹谏�；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ ；
④不正確，未反應(yīng)的氧化鐵與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵溶液，氯化鐵溶液與生成的鐵反應(yīng)，溶液也可變?yōu)闇\綠色．
Ⅲ．①未達(dá)到反應(yīng)所需的最低溫度．
②1.68．
③FeO
④Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識(shí)綜合分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．增加了學(xué)生分析問(wèn)題的思維跨度，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生整合知識(shí)的能力．