Question

10．實(shí)驗(yàn)室采用簡(jiǎn)易裝置模擬演示工業(yè)煉鐵原理．實(shí)驗(yàn)裝置圖和實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①按如圖連接好裝置，檢查裝置氣密性．
②稱取適量Fe₂O₃于石英試管中，點(diǎn)燃I處酒精燈，緩慢滴入甲酸．
③在完成某項(xiàng)操作后，點(diǎn)燃另外兩處酒精燈．
④30min后熄滅酒精燈，關(guān)閉彈簧夾．
⑤待產(chǎn)物冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物．
⑥采用如上方法分別收集帶金屬網(wǎng)罩酒精燈（金屬網(wǎng)罩可以集中火焰、提高溫度）和酒精噴燈加熱的產(chǎn)物．請(qǐng)回答下列問題：
（1）制備CO的原理是利用甲酸（HCOOH）在濃硫酸加熱條件下分解，盛放甲酸的儀器名稱為分液漏斗，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O．
（2）實(shí)驗(yàn)步驟③“某項(xiàng)操作”是指檢驗(yàn)CO純度．
（3）實(shí)驗(yàn)步驟④熄滅酒精燈的順序?yàn)棰�、I、II．（用“I”、“Ⅱ”、“Ⅲ”表示）
（4）通過查資料獲取如下信息：
I．酒精燈平均溫度為600℃；加網(wǎng)罩酒精燈平均溫度為700℃，酒精噴燈平均溫度為930℃．
Ⅱ．資料指出當(dāng)反應(yīng)溫度高于710℃時(shí)，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，在680～710℃之間時(shí)，F(xiàn)eO能穩(wěn)定存在，低于680℃，則主要是Fe₃O₄．試分析酒精燈加熱條件下生成Fe的原因：長(zhǎng)時(shí)間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度．
（5）已知FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：22.2%、30%、27.6%．
利用儀器分析測(cè)出3種樣品所含元素種類和各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表：

加熱方式	產(chǎn)物元素組成	各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%
		Fe	O
酒精燈	Fe和O	74.50	25.50
帶網(wǎng)罩酒精燈	Fe和O	76.48	23.52
酒精噴燈	Fe	100.00	0.00

分析各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知前兩種加熱方式得到的產(chǎn)物為混合物，其中酒精燈加熱所得產(chǎn)物的組成最多有9種可能．
（6）通過進(jìn)一步的儀器分析測(cè)出前兩種加熱方式得到的固體粉末成分均為Fe₃O₄和Fe，用酒精噴燈加熱得到的固體粉末成分為Fe．請(qǐng)計(jì)算利用酒精燈加熱方式所得混合物中Fe₃O₄和Fe的質(zhì)量比為12：1．（要求保留整數(shù)）．

Answer 1

分析 ①按如圖連接好裝置，檢查裝置氣密性．
②稱取適量Fe₂O₃于石英試管中，點(diǎn)燃I處酒精燈，緩慢滴入甲酸．
③在完成檢驗(yàn)CO純度操作后，點(diǎn)燃另外兩處酒精燈．
④30min后熄滅酒精燈，關(guān)閉彈簧夾．
⑤待產(chǎn)物冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物．
⑥采用如上方法分別收集帶金屬網(wǎng)罩酒精燈（金屬網(wǎng)罩可以集中火焰、提高溫度）和酒精噴燈加熱的產(chǎn)物．
（1）根據(jù)裝置圖可知甲酸盛放在分液漏斗中；HCOOH分解生成CO和水；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗(yàn)純度；
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要等試管冷卻后才停止通一氧化碳，故先熄滅Ⅲ出酒精燈；應(yīng)最后熄滅II中酒精燈，目的是防止多余的一氧化碳進(jìn)入空氣中污染環(huán)境；
（4）酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實(shí)際操作過程中，由于受熱及散熱的問題，會(huì)出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)判斷物質(zhì)的組成；
（6）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，則$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，據(jù)此計(jì)算．

解答 解：（1）根據(jù)裝置圖可知甲酸盛放在分液漏斗中，則盛放甲酸的儀器名稱為分液漏斗；在濃硫酸加熱條件下，HCOOH分解可得CO，根據(jù)質(zhì)量守恒可知另一個(gè)產(chǎn)物為水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
故答案為：分液漏斗；HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗(yàn)純度，則實(shí)驗(yàn)步驟③某項(xiàng)操作是指檢驗(yàn)CO純度；
故答案為：檢驗(yàn)CO純度；
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要等試管冷卻后才停止通一氧化碳，故先熄滅Ⅲ出酒精燈，是為了防止生成熱的鐵被空氣中的氧氣氧化；應(yīng)最后熄滅II中酒精燈，目的是防止多余的一氧化碳進(jìn)入空氣中污染環(huán)境，故實(shí)驗(yàn)步驟④熄滅酒精燈的順序?yàn)棰蟆�I、II；
故答案為：Ⅲ、I、II；
（4）當(dāng)反應(yīng)溫度高于710℃，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實(shí)際操作過程中，由于受熱及散熱的問題，長(zhǎng)時(shí)間集中加熱會(huì)出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象，達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度，
故答案為：長(zhǎng)時(shí)間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，酒精燈加熱所得產(chǎn)物中Fe元素的百分含量為74.50%，混合物中至少有一個(gè)Fe元素含量大于74.50%，至少有一個(gè)Fe元素含量小于74.50%，故混合物中一定有Fe和FeO中的至少一種，也一定有Fe₂O₃和Fe₃O₄中的一種，
兩種物質(zhì)混合的有Fe和Fe₂O₃，F(xiàn)e和Fe₃O₄，F(xiàn)eO和Fe₂O₃，F(xiàn)eO和Fe₃O₄ 共4種組合，
三種物質(zhì)混合的有Fe、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)eO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)e₂O₃、Fe和FeO，F(xiàn)e₃O₄、Fe和FeO共4種組合，
四種物質(zhì)混合的有Fe、FeO、Fe₂O₃和e₃O₄只有1種，共9種組合；
故答案為：9；
（6）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，則$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，
解得：$\frac{x}{y}$=12：1；
故答案為：12．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、物質(zhì)含量的測(cè)定等，難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，注意元素化合物知識(shí)的積累和靈活運(yùn)用．