Question

1．鐵是自然界里分布最廣的金屬元素之一，在地殼中的質(zhì)量約占5%左右，鐵礦石的種類很多，重要的有磁鐵礦石、赤鐵礦石、菱鐵礦石等．某課外研究小組在實(shí)驗(yàn)室探究鐵的制備和相關(guān)性質(zhì)．
Ⅰ、研究小組查閱資料，用甲酸和濃硫酸反應(yīng)制取的CO還原赤鐵礦得到鐵．制取CO的化學(xué)反應(yīng)為：
HCOOH$→_{60～80℃}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO+H₂O
（1）此反應(yīng)原理中濃硫酸表現(xiàn)性質(zhì)是脫水性
（2）用該法制CO不需加熱的原因甲酸與濃硫酸混合時(shí)，放出大量的熱，使溫度達(dá)到反應(yīng)所需的溫度
（3）研究小組在實(shí)驗(yàn)室中裝配一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置用濃硫酸和甲酸的混合液制取CO氣體，用CO還原氧化鐵，并檢驗(yàn)其氧化產(chǎn)物、具有的環(huán)保特點(diǎn)．提供儀器有：具支試管（試管側(cè)壁有一支管，如圖1所示），另有橡皮塞（橡皮塞上最多只能打一個(gè)孔）、玻璃導(dǎo)管若干．在圖2的方框內(nèi)畫出該裝置示意圖（同類儀器最多只有三件，不必畫夾持儀器，但需注明所裝的藥品）

Ⅱ、研究小組用圖3裝置進(jìn)行鐵和稀硝酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，其中鐵來自于Ⅰ中實(shí)驗(yàn)得到，步驟如下：
a．向廣口瓶?jī)?nèi)注入足量熱NaOH溶液，將盛有鐵粉的小燒杯放入瓶中．
b．關(guān)閉止水夾，點(diǎn)燃紅磷，伸入瓶中，塞好膠塞．
c．待紅磷充分燃燒，一段時(shí)間后打開分液漏斗旋塞，向燒杯中滴入稀硝酸，鐵粉恰好完全溶解．
（4）燃燒紅磷的目的是消耗廣口瓶中的氧氣，避免干擾氣體的檢驗(yàn)．
（5）為證明氣體產(chǎn)物為NO，步驟c后還缺少的一步主要操作是打開止水夾，向瓶?jī)?nèi)通入少量氧氣．
（6）查閱資料發(fā)現(xiàn)：硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，硝酸的濃度越稀，對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物中氮元素的化合價(jià)越低．鐵粉和稀硝酸的總反應(yīng)可表示為：aFe+bNO₃^-+cH⁺=dFe²⁺+fFe³⁺+gNO↑+hN₂O↑+kH₂O．當(dāng)a=8時(shí)，鐵和硝酸都全部反應(yīng)完全，則b的取值范圍為：4＜b＜8．

Answer 1

分析 （1）濃硫酸能將有機(jī)物中的氫元素和氧元素“脫出”結(jié)合成水；
（2）甲酸與濃硫酸混合時(shí)，放出大量的熱，使反應(yīng)能夠進(jìn)行；
（3）用濃硫酸和甲酸的混合液制取CO氣體，用CO還原氧化鐵，并檢驗(yàn)其氧化產(chǎn)物：將濃硫酸與甲酸混合，生成的CO直接通入氧化鐵中發(fā)生反應(yīng)，生成的二氧化碳用澄清石灰水檢驗(yàn)，CO不能排放于空氣中，可將未反應(yīng)完的CO重新通入氧化鐵中反應(yīng)；
（4）紅磷燃燒消耗氧氣，可除去裝置中的氧氣；
（5）NO遇氧氣立即反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，據(jù)此檢驗(yàn)；
（6）采用極限法進(jìn)行分析解答：
當(dāng)鐵失去的電子最少，即鐵完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，一個(gè)硝酸根離子得4個(gè)電子，即參加氧化還原反應(yīng)的硝酸根離子全部被氧化為N₂O時(shí)，消耗的硝酸最少．
當(dāng)鐵失去的電子最多，即鐵完全轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，一個(gè)硝酸根離子得3個(gè)電子，即參加氧化還原反應(yīng)的硝酸根離子全部被氧化為NO時(shí)，消耗的硝酸最多．

解答 解：（1）用甲酸和濃硫酸反應(yīng)制取CO的反應(yīng)中，元素?zé)o化合價(jià)的升降，而是濃硫酸將甲酸中的氫元素和氧元素“脫出”結(jié)合成水，故濃硫酸表現(xiàn)為脫水性；
故答案為：脫水性；
（2）甲酸與濃硫酸混合時(shí)，放出大量的熱，使溫度達(dá)到反應(yīng)所需的溫度；
故答案為：甲酸與濃硫酸混合時(shí)，放出大量的熱，使溫度達(dá)到反應(yīng)所需的溫度；
（3）用濃硫酸和甲酸的混合液制取CO氣體，用CO還原氧化鐵，并檢驗(yàn)其氧化產(chǎn)物：將濃硫酸與甲酸混合，生成的CO直接通入氧化鐵中發(fā)生反應(yīng)，生成的二氧化碳用澄清石灰水檢驗(yàn)，CO不能排放于空氣中，可將未反應(yīng)完的CO重新通入氧化鐵中反應(yīng)，裝置為：；
故答案為：；
（4）紅磷燃燒消耗氧氣，可除去裝置中的氧氣，避免干擾氣體的檢驗(yàn)；
故答案為：消耗廣口瓶中的氧氣，避免干擾氣體的檢驗(yàn)；
（5）NO遇氧氣立即反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮，故可在步驟c后打開止水夾，向瓶?jī)?nèi)通入少量氧氣；
故答案為：打開止水夾，向瓶?jī)?nèi)通入少量氧氣；
（6）當(dāng)鐵失去的電子最少，即鐵完全轉(zhuǎn)化為Fe²⁺，一個(gè)硝酸根離子得4個(gè)電子，即參加氧化還原反應(yīng)的硝酸根離子全部被氧化為N₂O時(shí)，消耗的硝酸最少．
所以該反應(yīng)方程式為：
4Fe+2NO₃^-+10H⁺=4Fe²⁺+N₂O↑+5H₂O
4     2
8     b
b=4
當(dāng)鐵失去的電子最多，即鐵完全轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，一個(gè)硝酸根離子得3個(gè)電子，即參加氧化還原反應(yīng)的硝酸根離子全部被氧化為NO時(shí)，消耗的硝酸最多．
發(fā)生的反應(yīng)方程式為：
Fe+NO₃^-+2H⁺=Fe³⁺+NO↑+H₂O
1  1
8  b
b=8
所以b的取值范圍為：4＜b＜8；
故答案為：4＜b＜8．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)制備方案設(shè)計(jì)，主要考查了化學(xué)方程式的書寫、實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)、環(huán)境保護(hù)、有關(guān)氧化還原反應(yīng)的計(jì)算，側(cè)重于考查學(xué)生的分析問題、解決問題和數(shù)據(jù)處理能力，注意相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)與積累、采用極限思維法確定取值范圍，綜合性高，難度較大．