Question

2．工業(yè)鐵紅的主要成分是Fe₂O₃，還含有少量的FeO、Fe₃O₄．為了測定鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)，興趣小組的同學進行了如下實驗，請你參與過程分析．
資料1：草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃H₂SO₄作用下受熱分解，化學方程式為：H₂C₂O₄•3H₂O$→_{△}^{濃H_{2}SO_{4}}$CO₂↑+CO↑+4H₂O
資料2：濃硫酸具有吸水性；氫氧化鈉溶液能吸收二氧化碳；堿石灰固體既能吸水又能吸收二氧化碳；CO能將FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄還原成鐵．
（1）下列可用作草酸分解制取氣體的裝置如圖1是d（填字母編號）．

問題討論：用如圖2所示裝置進行實驗：
（2）實驗前應先檢查裝置的氣密性．
（3）B裝置的作用是驗證二氧化碳已除盡．
（4）對D裝置加熱前和停止加熱后，都要通入過量的CO，其中加熱前作用是：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸
（5）寫出D裝置中所發(fā)生反應的一個化學方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
數(shù)據(jù)分析：資料3：鐵的常見氧化物中鐵的質(zhì)量分數(shù)：鐵的氧化物FeO  Fe₂O₃Fe₃O₄鐵的質(zhì)量分數(shù)77.8%    70.0%    72.4%
（6）稱取鐵紅樣品10.0g，用上述裝置進行實驗，測定鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)．
①D中充分反應后得到Fe粉的質(zhì)量為m g，則7.0＜m＜7.78．
②實驗前后稱得E裝置增重6.6g，則此鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)是76.0%．
實驗評價：反思1：本實驗中如果缺少C裝置（不考慮其它因素），則測得樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)會偏�。ㄌ睢捌�小”、“不變”或“偏大”）．
反思2：請指出 問題討論中實驗裝置的一個明顯缺陷缺少尾氣處理裝置．
拓展探究：用100t含氧化鐵80%的赤鐵礦石理論上可冶煉出含鐵98%的生鐵多少噸？（結(jié)果保留1為小數(shù)）

Answer 1

分析 草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，因此選用d裝置；實驗前應先檢查裝置的氣密性，二氧化碳一般用氫氧化鈉溶液吸收，用澄清的石灰水檢驗，還可以檢驗二氧化碳是否除盡，二氧化碳可以用濃硫酸干燥；加熱之前通入一氧化碳的目的是：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；加熱之后通入一氧化碳的目的是：驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收．一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，配平即可；如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；E裝置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的質(zhì)量=6.6g×$\frac{32}{44}$×100%=4.8g，因為4.8g氧元素的質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；本實驗中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質(zhì)量偏大，則測得樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)會偏��；實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置或檢驗水是否除盡；由赤鐵礦石的質(zhì)量、氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)、生鐵中鐵的質(zhì)量分數(shù)，根據(jù)赤鐵礦煉鐵的化學方程式可以列式計算出煉出生鐵的質(zhì)量．

解答 解：（1）草酸晶體（H₂C₂O₄•3H₂O）在濃硫酸作用下受熱分解，因此選用d裝置，故答案為：d；
（2）實驗前應先檢查裝置的氣密性，故答案為：檢查裝置的氣密性；
（3）B裝置還可以檢驗二氧化碳是否除盡，故答案為：驗證二氧化碳已除盡；
（4）加熱之前通入一氧化碳的目的是：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸；加熱之后通入一氧化碳的目的是：驅(qū)趕裝置中滯留的二氧化碳，使其全部被E裝置中堿石灰全部吸收．故答案為：將裝置中的空氣排出，防止發(fā)生爆炸．（合理即可）
（5）一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下生成鐵和二氧化碳，配平即可；故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，（一氧化碳與FeO、Fe₃O₄也可以）
（6）如果全部是氧化鐵，鐵的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亞鐵，鐵的最大量是10g×77.8%=7.78g；E裝置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的質(zhì)量=6.6g×$\frac{32}{44}×100%$=4.8g，因為一個一氧化碳分子只能搶氧化鐵中一個氧原子變成二氧化碳，因此氧元素的質(zhì)量一半一半，4.8g氧元素的質(zhì)量一半來自于一氧化碳，一半來自于鐵的氧化物，那么鐵紅中氧元素的質(zhì)量是4.8g÷2=2.4g，則鐵紅中鐵的質(zhì)量分數(shù)=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；故答案為：①7.0＜m＜7.78；②76.0%
【實驗評價】
本實驗中如果缺少C裝置，水蒸氣會通過，E裝置也具有吸水性，因此E裝置會增重，氧元素的質(zhì)量偏大，則測得樣品中鐵的質(zhì)量分數(shù)會偏小；實驗裝置的一個明顯缺陷：缺少尾氣處理裝置．故答案為：偏小；缺少尾氣處理裝置；
【拓展探究】設理論上可以煉出含鐵98%的生鐵的質(zhì)量為x．
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160            112
100t×80%      98%x
$\frac{160}{112}=\frac{100t×80%}{98%x}$
解得：x≈57.1t
答：可煉出含鐵98%的生鐵57.1t．

點評 本考點屬于實驗探究題，實驗探究題是近幾年中考的熱點之一，它包括實驗方法和過程的探究，實驗結(jié)論和實驗規(guī)律的探究等．本題通過實驗現(xiàn)象和分析，得到了正確的結(jié)論，屬于實驗過程和結(jié)論的探究．同學們要具體分析，綜合掌握．本題型主要出現(xiàn)在實驗題中．