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已知木炭粉和Fe2O3 反应的化学方程式为:2Fe2O3+3C数学公式4Fe+3CO2↑或者为:Fe2O3+3C数学公式2Fe+3CO↑
某同学设计一个实验,假定恰好完全反应,测定此反应中的气体生成物,实验装置如图.
(1)实验中通入的气体是纯净干燥的N2,写出不用空气的主要理由______,实验也不能用潮湿的氮气,原因是______.
(2)如用氧化铁与木炭粉的混合物3.8g反应,充分反应后测得固体质量减轻1.56g,则生成的气体为______.
(3)烧杯内适量澄清石灰水的现象为______,若氧化铁的质量与本次实验相同,要使澄清石灰水的现象也与本次实验相同,则固体混合物总质量(m)的取值范围应该是______.
(4)合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3
①当催化剂中FeO与Fe2O3的质量之比为9:20时,其催化活性最高,此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为______.
②以Fe2O3为原料制备上述催化剂,可向其中加入适量碳,发生如下反应:2Fe2O3+C数学公式4FeO十CO2↑,为制得这种活性最高的催化剂,应向480g Fe2O3粉末中加入碳多少克?______.

解:(1)①因为空气中含有二氧化碳和水,将使测定的结果不准确,故不能用空气代替干燥的氮气;②因为潮湿的氮气中含有水分,也将使得测定的结果不准确,故不能用潮湿的氮气代替干燥的氮气;
(2)①若减少的质量1.56g完全转化成二氧化碳,设需要氧化铁的质量为x,需要碳的质量为y
2Fe2O3+3C4Fe+3CO2
320 36 132
x y 1.56g

= x=3.78g
= y=0.42g
∵3.78g+0.42g=4.2g>3.8g∴该气体不是二氧化碳;
②若减少的质量1.56g完全转化成一氧化碳,设需要氧化铁的质量为x,需要碳的质量为y
Fe2O3+3C2Fe+3CO↑
160 36 84
x y 1.56g

= x=2.97g
= y=0.66g

∵2.97g+0.66g=3.63g<3.8g,,成立,故生成的气体是一氧化碳;
(3)①因为产生的气体是一氧化碳,故不能使石灰水变浑浊;
②若不产生二氧化碳,则固体混合物的质量最低值是二者恰好反应,保证产生一氧化碳,是3.63g;
固体混合物的质量最高值是小于二者恰好完全反应产生二氧化碳的最少量,是4.2g,
故固体混合物的取值范围是大于3.63g而小于4.2g;
(4)①假设此时混合物中FeO的质量为9m,则Fe2O3的质量为20m,混合物的质量为29m
混合物中铁的质量分数=9m××100%+20m××100% 29m=72%
②设反应生成FeO的质量为x,消耗Fe2O3的质量为y,需要加入碳的质量为z
2Fe2O3+C 4FeO+CO2↑
320 12 288
y z x
= y=
= z=
则活性最高的催化剂中FeO与Fe2O3的质量之比=x:(480g-)=9:20,解得x=144g
应加入碳的质量==6g
答:(1)此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为72%;
(2)为制得这种活性最高的催化剂,应向480gFe2O3粉末中加入碳6g.
故答案为:(1)空气中含有二氧化碳和水,将使测定的结果不准确;潮湿的氮气中含有水分,也将使得测定的结果不准确;
(2)CO;(3)澄清石灰水无变化; 大于3.63g而小于4.2g (4)①72% 6g.
分析:(1)从空气和潮湿的氮气引入的杂质分析,从而产生对实验的影响;
(2)利用假设法:①若减少的质量1.56g完全转化成二氧化碳,计算出分别需要氧化铁和碳的质量,并与3.8g对照是否符合;②若减少的质量1.56g完全转化成一氧化碳,计算出分别需要氧化铁和碳的质量,并与3.8g对照是否符合,得出结论;
(3)根据生成的气体是一氧化碳还是二氧化碳确定石灰水是否变浑浊;若不产生二氧化碳,则固体混合物的质量应大于保证生成一氧化碳的最低值,应小于生成二氧化碳的最低值;
(4)①根据该混合物中FeO与Fe2O3的质量比,由两氧化物中铁元素的质量分数,可求得混合物与所含铁的质量关系,即可得此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数;
②分析题意可知当催化剂中FeO与Fe2O3的质量之比为9:20时,其催化活性最高,所以可根据反应结束后生成的FeO的质量和剩余Fe2O3的质量之比为9:20建立等式.
所以解题思路就是设出木炭的质量,根据化学方程式求出生成的FeO的质量和剩余的Fe2O3质量即可解答.
点评:本题难度较大,主要考查学生根据定量法计算气体的成分和根据化学方程式进行计算的能力,对于本题主要是要分析题意,找出建立等式的依据即可解答.
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相关习题

科目:初中化学 来源: 题型:

已知木炭粉和Fe2O3反应的化学方程式:2Fe2O3+3C
 高温 
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4Fe+CO2↑,某同学设计了一个实验,证明氧化铁中含有氧元素,并测定氧化铁中氧元素的质量分数,实验装置如图.
(1)实验前,首先要进行的操作是
先通氮气赶走装置中残余的空气
先通氮气赶走装置中残余的空气

(2)实验中,盛放澄清石灰水的烧杯中出现的现象是
澄清石灰水变浑浊
澄清石灰水变浑浊
,原因是
反应生成了大量的二氧化碳
反应生成了大量的二氧化碳

(3)实验中通入的气体是纯净干燥的N2,写出不用空气的理由:
混有氧气.若碰到可燃性气体会发生爆炸,有危险
混有氧气.若碰到可燃性气体会发生爆炸,有危险

空气中含有很多含氧元素的物质,这样会干扰对氧化铁中氧元素含量的判断
空气中含有很多含氧元素的物质,这样会干扰对氧化铁中氧元素含量的判断

也不能用潮湿的氮气,原因是
影响氧化铁中氧元素含量的测定
影响氧化铁中氧元素含量的测定

(4)如用3.2g氧化铁与碳充分反应,测得澄清石灰水增重1.32g,则氧化铁中氧元素的质量分数为
30%
30%

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科目:初中化学 来源: 题型:阅读理解

已知木炭粉和Fe2O3 反应的化学方程式为:2Fe2O3+3C
 高温 
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4Fe+3CO2↑或者为:Fe2O3+3C
 高温 
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2Fe+3CO↑
某同学设计一个实验,假定恰好完全反应,测定此反应中的气体生成物,实验装置如图.
(1)实验中通入的气体是纯净干燥的N2,写出不用空气的主要理由
空气中的氧气、二氧化碳会与木炭反应产生一氧化碳和二氧化碳,将使测定的结果不准确
空气中的氧气、二氧化碳会与木炭反应产生一氧化碳和二氧化碳,将使测定的结果不准确
,实验也不能用潮湿的氮气,原因是
潮湿的氮气中含有水分,水会与木炭反应产生一氧化碳,也将使得测定的结果不准确
潮湿的氮气中含有水分,水会与木炭反应产生一氧化碳,也将使得测定的结果不准确

(2)如用氧化铁与木炭粉的混合物3.8g反应,充分反应后测得固体质量减轻1.56g,则生成的气体为
CO和CO2的混合气体
CO和CO2的混合气体

(3)烧杯内适量澄清石灰水的现象为
澄清石灰水变浑浊
澄清石灰水变浑浊
,若氧化铁的质量与本次实验相同,要使澄清石灰水的现象也与本次实验相同,则固体混合物总质量(m)的取值范围应该是
大于3.63g而小于4.2g
大于3.63g而小于4.2g

(4)合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3
①当催化剂中FeO与Fe2O3的质量之比为9:20时,其催化活性最高,此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为
72%
72%

②以Fe2O3为原料制备上述催化剂,可向其中加入适量碳,发生如下反应:2Fe2O3+C
 高温 
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4FeO十CO2↑,为制得这种活性最高的催化剂,应向480g Fe2O3粉末中加入碳多少克?
6g
6g

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科目:初中化学 来源:不详 题型:问答题

已知木炭粉和Fe2O3反应的化学方程式:2Fe2O3+3C
 高温 
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4Fe+CO2↑,某同学设计了一个实验,证明氧化铁中含有氧元素,并测定氧化铁中氧元素的质量分数,实验装置如图.
(1)实验前,首先要进行的操作是______.
(2)实验中,盛放澄清石灰水的烧杯中出现的现象是______,原因是______.
(3)实验中通入的气体是纯净干燥的N2,写出不用空气的理由:
①______;
②______;
也不能用潮湿的氮气,原因是______.
(4)如用3.2g氧化铁与碳充分反应,测得澄清石灰水增重1.32g,则氧化铁中氧元素的质量分数为______.
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科目:初中化学 来源:2008年江苏省扬州市仪征市实验中学九年级化学压轴试卷(三)(解析版) 题型:填空题

已知木炭粉和Fe2O3 反应的化学方程式为:2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑或者为:Fe2O3+3C2Fe+3CO↑
某同学设计一个实验,假定恰好完全反应,测定此反应中的气体生成物,实验装置如图.
(1)实验中通入的气体是纯净干燥的N2,写出不用空气的主要理由    ,实验也不能用潮湿的氮气,原因是   
(2)如用氧化铁与木炭粉的混合物3.8g反应,充分反应后测得固体质量减轻1.56g,则生成的气体为   
(3)烧杯内适量澄清石灰水的现象为    ,若氧化铁的质量与本次实验相同,要使澄清石灰水的现象也与本次实验相同,则固体混合物总质量(m)的取值范围应该是   
(4)合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3
①当催化剂中FeO与Fe2O3的质量之比为9:20时,其催化活性最高,此时铁的氧化物混合物中铁的质量分数为   
②以Fe2O3为原料制备上述催化剂,可向其中加入适量碳,发生如下反应:2Fe2O3+C4FeO十CO2↑,为制得这种活性最高的催化剂,应向480g Fe2O3粉末中加入碳多少克?   

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