Question

精还原铁粉是一种重要的化工原料，某兴趣小组对其进行下列研究：

【物质制备】利用绿矾制备精还原铁粉的工艺流程如下：

FexOy+yH₂xFe+yH₂O  Fe₃C+2H₂3Fe+CH₄粗还原铁粉中还含有少量铁的氧化物和Fe₃C杂质，可用氢气在高温下进一步还原，其反应方程式为：　 ．

（1）写出焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式　　．

（2）焙烧中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反应所需高温外，还能　　．

【含量测定】甲同学为得到精还原铁粉并测定粗还原铁粉中氧和碳元素的质量分数，按如下装置进行实验．

已知：3CH₄+4Fe₂O₃3CO₂+6H₂O+8Fe，浓硫酸有吸水性，碱石灰不仅能吸收水而且能吸收CO₂．（假设每步反应都完全且不考虑装置内原有空气对测定结果的影响）．

（3）主要实验步骤如下：

①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量；

②缓缓通入纯净干燥的H₂；

③点燃C处酒精灯；

④点燃A 处酒精灯；

⑤分别熄灭A、C处酒精灯；

⑥　　；

⑦再次称量必要装置的质量．

（4）步骤②的目的是　，验证该步骤目的达到的实验方法是　　．

（5）反应后C装置中的现象是　　．

（6）装置F的作用是　　．

（7）若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将　　（“偏大”、“偏小”或“不变”）．

（8）实验后，甲同学根据装置　（填A、B、C、D、E、F）的增重分别算得样品中氧和碳元素的质量分数．

（9）乙同学将10.0克粗还原铁粉样品与足量稀盐酸充分反应，经测定共产生0.3克气体．计算该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数．（要求写出计算过程）

Answer 1

考点：

物质的相互转化和制备；实验探究物质的组成成分以及含量；常见气体的检验与除杂方法；一氧化碳的化学性质；书写化学方程式、文字表达式、电离方程式；根据化学反应方程式的计算；氢气的化学性质与燃烧实验．.
专题：	物质的制备；科学探究．
分析：	铁的氧化物和氢气在高温条件下反应生成铁和水，Fe3C和氢气在高温条件下反应生成铁和甲烷； （1）氧化铁和一氧化碳在高温条件下反应生成铁和二氧化碳； （2）焦炭燃烧时能够放出大量的热，在高温条件下，焦炭能和二氧化碳反应生成一氧化碳，一氧化碳可以用作还原剂； （3）氢气具有可燃性，与空气混合达到一定程度时，遇明火会发生爆炸； （4）步骤②的目的是排出装置中的空气； （5）氧化铁是红棕色固体，铁是黑色固体； （6）装置F能够防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入E装置； （7）若缺少装置D，不影响测氧元素的质量分数； （8）实验后，甲同学根据装置B、E的增重分别算得样品中氧和碳元素的质量分数； （9）根据提供的数据可以计算该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数．
解答：	解：氢气在高温下还原铁的氧化物、Fe3C的化学方程式为：FexOy+yH2xFe+yH2O、Fe3C+2H23Fe+CH4． 故填：FexOy+yH2xFe+yH2O、Fe3C+2H23Fe+CH4． （1）焙烧中氧化铁与CO反应的化学方程式为：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2． 故填：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2． （2）焙烧中加焦炭的作用除了可以作燃料提供反应所需高温外，还能和二氧化碳反应生成一氧化碳． 故填：和二氧化碳反应生成一氧化碳． （3）主要实验步骤如下： ①按顺序组装仪器，检查装置的气密性，称量样品和必要装置的质量； ②缓缓通入纯净干燥的H2； ③点燃C处酒精灯； ④点燃A 处酒精灯； ⑤分别熄灭A、C处酒精灯； ⑥继续通H2直至装置冷却； ⑦再次称量必要装置的质量． 故填：继续通H2直至装置冷却． （4）步骤②的目的是排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸，验证该步骤目的达到的实验方法是收集尾气验纯． 故填：排出装置中的空气，防止加热时发生爆炸；收集尾气验纯． （5）反应后C装置中的现象是红棕色的粉末变成黑色． 故填：红棕色的粉末变成黑色． （6）装置F的作用是防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入E装置． 故填：防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入E装置． （7）若缺少装置D，则所测氧元素的质量分数将不变，这是因为需要的水的质量数据是从B装置得到的． 故填：不变． （8）实验后，根据装置B的增重可以计算样品中氧元素的质量分数，根据装置E的增重可以计算样品中碳元素的质量分数． 故填：B、E． （9）解：设该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为x， Fe+2HCl═FeCl2+H2↑， 56             2 10.0g×x      0.3g =， x=84%， 答：该粗还原铁粉样品中铁单质的质量分数为84%．
点评：	合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．