Question

20．一碳化学是以分子中只含有一个碳原子的化合物（如CO、CH₄等）为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学．CO是从煤的气化或合成气得到的．
（1）煤的气化主要反应有：
①2C+O₂=2CO  ②C+H₂O=CO+H₂   ③CO+H₂O=CO₂+H₂
上述反应属于化合反应的是①（填序号），属于氧化反应的是①②③（填序号）．
（2）合成气可通过天然气的重整得到，如CH₄+H₂O=CO+3H₂合成气可制二甲醚，二甲醚被称为21世纪的新型燃料．合成气还可用于冶炼金属，用它冶炼铁的部分生产过程示意如图：

①二甲醚（CH₃OCH₃）可由合成气（CO和H₂）在一定的条件下制的．用合成气制二甲醚时，还产生了一种可参与大气循环的、常温为液态的氧化物，写出该反应的化学方程式：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O．
②合成气在冶炼铁的生产过程中所起的作用是将铁从铁矿石中还原出来（或还原剂）．
（3）化学兴趣小组的同学为了测定某赤铁矿石中氧化铁的质量分数．
Ⅰ．甲同学取一定质量的赤铁矿粉与过量的木炭粉混合后，用下图所示装置以合理的操作步骤测定（假设杂质始终不发生变化）．

①实验中持续通入干燥的氮气．加热前缓缓通入一段时间，其作用是装置内的空气排尽．
②停止加热前是否需要先断开a和b的连接处以防止倒吸？为什么？
不需要断开，还需要继续通入氮气．
③如果氢氧化钠溶液对二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同学用氢氧化钠溶液的质最变化测定出氧化铁的质量分数将偏小（选填“偏大”、“偏小”或“准确”），原因是氢氧化钠增重的质量因一氧化碳的生成和气体带走的水蒸气而偏小．
Ⅱ．乙同学取矿石样品10g，加入足量稀盐酸，完全反应后，共用去稀盐酸109.5g过滤得到滤渣2g（假设杂质既不溶于水也不与酸发生反应）．请你和乙同学-起计算赤铁矿石中氧化铁的质量分数和反应后溶液中溶质的质量分数．（请写出计算过程）．

Answer 1

分析 （1）化合反应是两种和两种以上物质生成一种物质的反应；
（2）根据反应物和生成物书写化学方程式；可以根据物质的性质和用途及其炼铁原理等方面进行分析、判断，从而得出正确的结论．
（3）Ⅰ、由于装置内空气中的氧气能与碳反应生成二氧化碳，据此分析通入氮气的作用；
根据装置内压强的变化分析反应结束后，熄灭喷灯的火焰后，马上停止通入N₂，出现的后果；
根据反应会生成一氧化碳和气体带走一部分水蒸气造成氢氧化钠溶液质量的减少分析；
根据尾气中含有一氧化碳能污染空气分析装置存在的问题．
Ⅱ、氧化铁和盐酸可发生反应，所以剩余后的滤渣是样品中的杂质，从而可计算出矿石中氧化铁的质量分数；
氧化铁和盐酸反应生成氯化铁和水，反应后溶液是氯化铁溶液，反应后溶液中溶质的质量分数的计算，可根据化学方程式求溶质的质量，溶液的质量可根据公式：“反应后溶液的质量=反应前加入的所有物质质量之和-杂质的质量-气体的质量-沉淀的质量”来求出，结合已知量和方程式进行计算即可．

解答 解：（1）化合反应是两种或两种以上物质反应后生成另一种物质的反应；物质和氧发生的化学反应，三个反应都是物质和氧发生的化学反应，故答案为：①；①②③．
（2）根据反应物生成物和质量守恒书写化学方程式为：2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O；合成气为CO和H₂ 故它们能把铁从铁矿石中还原出来，做还原剂．
（3）Ⅰ、①由题意实验的目的可知，由于装置内空气中的氧气能与碳反应生成二氧化碳，影响实验测定的准确性．所以，通入氮气的作用是：将装置内的空气排尽．
②反应结束后，微粒防止还原出的铁重新被氧化，还需要继续通入氮气．
③由于在高温条件下，碳与氧化铁也会生成一氧化碳，如果氢氧化钠溶液是足量的，对二氧化碳的吸收是完全的，那么甲同学用氢氧化钠溶液的增重测定出氧化铁的质量分数将偏小，其理由：使氢氧化钠增重的质量因一氧化碳的生成和气体带走的水蒸气而偏小；
Ⅱ、氧化铁和盐酸可发生反应，所以剩余后的滤渣是样品中的杂质，赤铁矿石中氧化铁的质量分数为：$\frac{10g-2g}{10g}$×100%=80%
氧化铁的质量是8g，设反应生成氯化铁的质量为x
Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O
160         325
8g           x
$\frac{160}{325}=\frac{8g}{x}$
x=16.25g        
$\frac{16.25g}{（109.5g+8g）}$×100%=13.8%；
答：赤铁矿石中氧化铁的质量分数为80%，反应后溶液中溶质的质量分数约为13.8%；
故答案为：（1）①；①②③；
（2）2CO+4H₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$CH₃OCH₃+H₂O；将铁从铁矿石中还原出来（或还原剂）；
（3）Ⅰ．①将装置内的空气排尽；②不需要断开，还需要继续通入氮气；③偏小，氢氧化钠增重的质量因一氧化碳的生成和气体带走的水蒸气而偏小．
Ⅱ．赤铁矿石中氧化铁的质量分数为80%，反应后溶液中溶质的质量分数约为13.8%．

点评 本题主要考查了实验设计的问题，有关实验方案的设计和对实验方案的评价是中考的热点之一，解答计算时要据物质的性质和方程式细心分析解答．