Question

17．实验室用如图装置测定FeO和Fe₂O₃固体混合物中Fe₂O₃的质量，D装置的硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe₂O₃的混合物．

（1）如何检查装置A的气密性？
（2）装置A发生的反应有时要向其中加入少量CuSO₄溶液，其目的加快氢气产的速率，其原理是Zn先与CuSO₄反应生成Cu附着在Zn表面，Zn（负极）、Cu（正极）与稀盐酸（电解质溶液）组成很多微小原电池，发生原电池反应，加快了反应速率．
（3）为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，在b出口处必须收集氢气验纯．
（4）装置B的作用是除去氢气中的氯化氢；装置C中装的液体是浓硫酸，所起的作用是干燥氢气；．
（5）在气密性完好，并且进行了必要的安全操作后，点燃D处的酒精灯，在硬质玻璃管中发生反应的化学方程式是3H₂+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+H₂O．
（6）若FeO和Fe₂O₃固体混合物的质量为23.2g，反应完全后U形管的质量增加7.2g，则混合物中Fe₂O₃的质量为16g．
（7）U形管E右边又连接干燥管F的目的是防止空气中的水蒸气等气体进入E中，若无干燥管F，测得Fe₂O₃的质量将偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（8）若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得的Fe₂O₃质量将偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．

Answer 1

分析 装置A是制备氢气的发生装置，通过装置B中的水除去氢气中的氯化氢，通过装置C中的浓硫酸干燥氢气，通过装置D还原FeO和Fe₂O₃的混合物，生成的水蒸气进入装置E吸收，称量质量变化得到生成水的质量计算氧化铁的质量，装置F是防止空气中的水蒸气进入装置E影响测定结果的准确性，
（1）依据装置中气体压强变化和液面变化分析判断装置气密性；
（2）Zn先与CuSO₄反应生成Cu附着在Zn表面，Zn（负极）、Cu（正极）与稀盐酸（电解质溶液）组成很多微小原电池；
（3）氢气是可燃性气体加热或点燃前需要进行验纯；
（4）A中产生的H₂中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验；
（5）D装置发生的反应是氢气还原氧化亚铁、氧化铁的反应，生成了铁和水；
（6）根据氧化铁、氧化亚铁的总质量及U型管的质量增加7.2g为水的质量列式计算；
（7）若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，氧元素物质的量偏大，Fe₂O₃的质量也将偏大；
（8）若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，E吸收则所测生成水的质量减小，氧元素物质的量偏小．

解答 解：（1）检查装置A的气密性，需要关闭开关a，在球形漏斗中加入水到下端液面高于容器中的液面，一段时间后液面不变证明气密性完好；
故答案为：关闭a，从球形漏斗口加水，待水从漏斗管上升与容器中的水面形成一段水柱，停止加水，静置片刻，如水柱不下降，证明其气密性良好；
（2）装置A发生的反应有时要向其中加入少量CuSO₄溶液，锌和硫酸铜溶液反应生成铜附着在锌表面，在稀硫酸中形成原电池反应加快反应速率，
故答案为：加快氢气产的速率；Zn先与CuSO₄反应生成Cu附着在Zn表面，Zn（负极）、Cu（正极）与稀盐酸（电解质溶液）组成很多微小原电池，发生原电池反应，加快了反应速率；
（3）氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热发生爆炸，在F处收集氢气验纯；
故答案为：收集氢气验纯；
（4）由于A中产生的H₂中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以B的作用是除去氢气中的氯化氢，C的浓硫酸，用于干燥氢气，
故答案为：除去氢气中的氯化氢；浓硫酸；干燥氢气；
（5）装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，反应方程式为：3H₂+Fe₂O₃2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+H₂O，
故答案为：3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+H₂O；
（6）U型管的质量增加的7.2g是水，物质的量是 $\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol，
设FeO、Fe₂O₃物质的量分别为X、Y，则：X+3Y=0.4
根据质量可列式：72X+160Y=23.2
解得Y=0.1，X=0.1，
所以氧化铁的质量为：160g/mol×0.1mol=16g，
故答案为：16；
（7）干燥管F的作用防空气中水蒸气对实验干扰，若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe₂O₃的质量将偏大，
故答案为：防止空气中的水蒸气等气体进入E中；偏大．
（8）若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，E吸收则所测生成水的质量减小，氧元素物质的量偏小，依据（6）中金属可知设此时生成水质量为m，
72X+160Y=23.2
X+3Y=$\frac{m}{18}$
Y=$\frac{56m}{18}$-23.2，m越小，Y越小，
测得的Fe₂O₃质量将偏小，
故答案为：偏小．

点评 本题考查了测定FeO和Fe₂O₃固体混合物中Fe₂O₃的质量，是一道综合实验题，解题的关键是掌握各种装置的作用，并能根据相关的数据进行计算，此题对训练学生思维能力有一定帮助，本题难度中等．