Question

20．納米級(jí)Fe粉是新型材料，具有超強(qiáng)磁性、高效催化性．某化學(xué)小組探究用氫氣和碳酸亞鐵制取納術(shù)級(jí)鐵粉．其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1（加熱、夾持裝置省略）

（l）a的名稱(chēng)是蒸餾燒瓶；濃硫酸的作用是干燥氫氣．
（2）打開(kāi)分液漏斗活塞，一段時(shí)間后再對(duì)C裝置加熱，這樣操作的目的是排出體系內(nèi)的空氣，防止干攏實(shí)驗(yàn)，防止爆炸；反應(yīng)一段時(shí)間后D中變藍(lán)．E中溶液變渾濁，C中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是FeCO₃+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂+H₂O．
（3）反應(yīng)中若觀察到B裝置中氣泡產(chǎn)生過(guò)快，則應(yīng)進(jìn)行的操作是調(diào)節(jié)A中分液漏斗活塞，減緩硫酸滴加速度．
（4）將酒精燈換成酒精噴燈，按上述操作．D中變藍(lán)，E中有氣泡但未出現(xiàn)渾濁．其可能原因是溫度升高，CO₂被H₂還原為CO
（5）據(jù)報(bào)道納米鐵粉可用于還原凈化含對(duì)氯硝基苯的工業(yè)污水，同時(shí)生成污染性小的對(duì)氯苯胺和FeCI₂．處理1L該工業(yè)污水時(shí)，對(duì)氯硝基苯去除百分率與加入不同質(zhì)量納米鐵粉關(guān)系如圖2甲；加入足量納米鐵粉，對(duì)氧硝基苯去除速率與pH的關(guān)系如圖2乙．
①綜合考慮納米鐵的利用率及去除效率，處理同樣1L污水加入納米鐵粉最佳為1.0g；
②圖乙pH大于6.5時(shí)，除去速率變化很快變小的原因可能是PH變大，生成Fe（OH）₂覆蓋在鐵粉表面，阻礙反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速率變化很快變小．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)儀器的構(gòu)造可知a為蒸餾燒瓶，C中的反應(yīng)不能有水，濃硫酸的作用即為干燥氫氣；
（2）打開(kāi)分液漏斗活塞，用產(chǎn)生的氫氣排出體系內(nèi)的空氣，一段時(shí)間后再對(duì)C裝置加熱，這樣操作的目的是防止干攏實(shí)驗(yàn)，防止爆炸；根據(jù)反應(yīng)一段時(shí)間后D中變藍(lán)，E中溶液變渾濁，C中發(fā)生反應(yīng)是氫氣還原FeCO₃生成鐵、二氧化碳和水書(shū)寫(xiě)；
（3）通過(guò)調(diào)節(jié)分液漏斗活塞來(lái)減緩硫酸滴加速度；
（4）將酒精燈換成酒精噴燈，D中變藍(lán)，E中有氣泡但未出現(xiàn)渾濁，說(shuō)明產(chǎn)生了水和一氧化碳，可能是溫度過(guò)高二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成了CO；
（5）①根據(jù)圖象，從反應(yīng)的速率和對(duì)氯硝基苯去除百分率分析；
②當(dāng)PH變大后，溶液呈堿性，會(huì)使二價(jià)鐵離子沉淀為Fe（OH）₂，覆蓋在鐵粉表面，阻礙反應(yīng)進(jìn)行．

解答 解：（1）從儀器的構(gòu)造可知a為蒸餾燒瓶，A中制備氫氣，用氫氣還原C中的鐵，氫氣必須干燥，濃硫酸的作用即為干燥氫氣，
故答案為：蒸餾燒瓶；干燥氫氣；
（2）打開(kāi)分液漏斗活塞，用產(chǎn)生的氫氣排出體系內(nèi)的空氣，一段時(shí)間后再對(duì)C裝置加熱，這樣操作的目的是防止干攏實(shí)驗(yàn)，防止爆炸；反應(yīng)一段時(shí)間后D中變藍(lán)，E中溶液變渾濁，C中發(fā)生反應(yīng)是氫氣還原FeCO₃生成鐵、二氧化碳和水，化學(xué)方程式是FeCO₃+H₂=Fe+CO₂+H₂O，
故答案為：排出體系內(nèi)的空氣，防止干攏實(shí)驗(yàn)，防止爆炸；FeCO₃+H₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+CO₂+H₂O；
（3）反應(yīng)中若觀察到B裝置中氣泡產(chǎn)生過(guò)快，通過(guò)調(diào)節(jié)A中分液漏斗活塞，減緩硫酸滴加速度，
故答案為：調(diào)節(jié)A中分液漏斗活塞，減緩硫酸滴加速度；
（4）將酒精燈換成酒精噴燈，D中變藍(lán)，E中有氣泡但未出現(xiàn)渾濁，說(shuō)明產(chǎn)生了水和一氧化碳，可能是溫度過(guò)高二氧化碳和氫氣反應(yīng)生成了CO，
故答案為：溫度升高，CO₂被H₂還原為CO；
（5）①根據(jù)圖象，在相同時(shí)間內(nèi)，加入米鐵粉為1.0g時(shí)，反應(yīng)的速率比較快，且對(duì)氯硝基苯去除百分率比較高，而加入1.2g時(shí)當(dāng)隨著時(shí)間推移，去除率變化不大，速率與1.0相差不大，但是原料的費(fèi)用高，加入0.8g時(shí)，速率慢、去除率低，故最佳為1.0g，
故答案為：1.0；
②當(dāng)PH變大后，溶液呈堿性，會(huì)使二價(jià)鐵離子沉淀為Fe（OH）₂，覆蓋在鐵粉表面，阻礙反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速率變化很快變小，
故答案為：PH變大，生成Fe（OH）₂覆蓋在鐵粉表面，阻礙反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)速率變化很快變小．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了用氫氣和碳酸亞鐵制取納米級(jí)鐵粉，涉及到實(shí)驗(yàn)儀器裝置的使用，物質(zhì)性質(zhì)的考查，反應(yīng)速率的影響條件比較等廣泛內(nèi)容，需要對(duì)知識(shí)的全面掌握，理清實(shí)驗(yàn)原理，難度中等．