Question

11．草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O，相對分子質(zhì)量180g）是一種淺黃色晶體，難溶于水，受熱分解（文獻(xiàn)顯示其及應(yīng)方程式為FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O）．
某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)如圖裝置，探究草酸亞鐵晶體的分解反應(yīng)

（1）該裝置存在的明顯缺陷沒有處理尾氣中的CO氣體，會造成大氣污染．
（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下：①檢查裝置的氣密性；②打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，再關(guān)閉活塞K₁；③先點(diǎn)燃E處的酒精燈，再點(diǎn)燃A處的酒精燈．
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，證明分解生成CO₂的現(xiàn)象是C中澄清石灰水變渾濁；而E處黑粉末變紅，證明草酸亞鐵分解產(chǎn)中CO，若只通過F中的現(xiàn)象證明產(chǎn)生CO，則需要在C和D之間增加盛有NaOH溶液的洗氣瓶．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，有同字打開K₁，又通入一段時間的N₂，使裝置A中分解產(chǎn)生的氣體全部通入后面的裝置中，并將裝置C、F中的沉徒過濾、洗滌、干燥、稱量，測得C中沉淀質(zhì)量大約是F中的3倍，重新實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不變．小組以成員經(jīng)過討論排除澄清石灰水不足造成的影響，提出三個假設(shè)：
a．CO在裝置E中沒有完全氧化．
b．使用的草酸亞鐵試劑變質(zhì)，有部分CO被分解過程中產(chǎn)生的Fe₂O₃氧化為CO₂
c．草酸亞鐵分解時，有部分CO被FeO氧化為CO₂
小組成員于是設(shè)計(jì)如下方案驗(yàn)證：
①驗(yàn)證假設(shè)a：在E之后再增加一個相同裝罝E，并增加E中CuO的量，重新實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)只有微小變化，但不足以影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說明假設(shè)a不成立．
②驗(yàn)證假設(shè)b：取少量草酸亞鐵晶體溶于鹽酸，再加入適量的KSCN 或NH₄SCN溶液，無明顯現(xiàn)象，證明草酸亞鐵晶體沒有變質(zhì)，說明假設(shè)b不成立
③驗(yàn)證假設(shè)c：取實(shí)驗(yàn)后A中固體溶于鹽酸，產(chǎn)生氣體，證明假設(shè)c成立．
④實(shí)驗(yàn)時同時測出下列有關(guān)數(shù)據(jù)：FeC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為10.80g，A中剩余固體的質(zhì)量
為3.84g，測得實(shí)驗(yàn)結(jié)束后裝置A中n（FeO）=0.03．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，寫出裝置A中發(fā)生的總反應(yīng)方程式FeC₂O₄•2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+FeO+CO↑+3CO₂↑+2H₂O．由于實(shí)驗(yàn)的分解方程式與文獻(xiàn)不同，實(shí)驗(yàn)小組再次經(jīng)過討論，利用原有實(shí)驗(yàn)裝置圖，對實(shí)驗(yàn)步驟略作改動，再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出與文獻(xiàn)一致的反應(yīng)方程式，請你寫出改動部分的實(shí)驗(yàn)步驟打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，不關(guān)閉活塞K₁．

Answer 1

分析 檢查裝置的氣密性，打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，再關(guān)閉活塞K₁，先點(diǎn)燃E處酒精燈，再點(diǎn)燃A處酒精燈，裝置A中反應(yīng)反應(yīng)的方程式為FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，通過裝置B中無水硫酸銅檢驗(yàn)吸收生成的水蒸氣，通過裝置C中澄清石灰水檢驗(yàn)并吸收生成的二氧化碳，通過裝置D中的濃硫酸干燥氣體，通過裝置E，一氧化碳和氧化銅發(fā)生反應(yīng)，生成銅和二氧化碳，通過裝置F中澄清石灰水檢驗(yàn)生成的二氧化碳?xì)怏w，證明有一氧化碳?xì)怏w生成，
（1）一氧化碳有毒，擴(kuò)散到空氣中會污染環(huán)境；
（2）檢查裝置的氣密性，打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，再關(guān)閉活塞K₁，排凈裝置內(nèi)的空氣，為更好啊的檢驗(yàn)生成的一氧化碳?xì)怏w，先點(diǎn)燃E處酒精燈；
（3）二氧化碳能使裝置B中澄清石灰水變渾濁；E處黑粉末變紅，證明草酸亞鐵分解產(chǎn)中CO，為保證檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在CD間增加除去二氧化碳?xì)怏w的裝置；
（4）亞鐵離子被氧化為鐵離子變質(zhì)，利用鐵離子遇到KSCN溶液會生成紅色溶液； 氧化亞鐵氧化一氧化碳會生成鐵；結(jié)合碳元素守恒和碳元素守恒列式計(jì)算；
（5）實(shí)驗(yàn)分析可知晶體分解生成的產(chǎn)物為二氧化碳、一氧化碳、水、氧化亞鐵、鐵，反應(yīng)后固體為鐵和亞鐵，避免生成鐵，可以使裝置中充滿氮?dú)猓?/p>

解答 解：（1）從環(huán)保角度考慮，該套實(shí)驗(yàn)裝置的明顯缺陷是沒有處理尾氣．沒有處理尾氣中的CO氣體，會造成大氣污染，
故答案為：沒有處理尾氣中的CO氣體，會造成大氣污染；
（2）實(shí)驗(yàn)步驟如下：①檢查裝置的氣密性；②打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，再關(guān)閉活塞K₁；③先點(diǎn)燃E處酒精燈，再點(diǎn)燃A處酒精燈，更好的檢驗(yàn)一氧化碳?xì)怏w的存在，
故答案為：E、A；
（3）實(shí)驗(yàn)過程中，證明分解生成CO₂的現(xiàn)象是C中澄清石灰水變渾濁，而E處黑粉末變紅，證明草酸亞鐵分解產(chǎn)中CO，若只通過F中的現(xiàn)象證明產(chǎn)生CO，則需要在C和D之間增加盛有NaOH溶液的洗氣瓶，用來除凈生成的二氧化碳?xì)怏w，
故答案為：C中澄清石灰水變渾濁；NaOH；
（4）②驗(yàn)證假設(shè)b：取少量草酸亞鐵晶體溶于鹽酸，再加入適量的KSCN 或NH₄SCN溶液，無明顯現(xiàn)象，證明草酸亞鐵晶體沒有變質(zhì)，說明假設(shè)b不成立，
③驗(yàn)證假設(shè)c：草酸亞鐵分解時，有部分CO被FeO氧化為CO₂，反應(yīng)過程中有Fe生成，取實(shí)驗(yàn)后A中固體溶于鹽酸，產(chǎn)生氣體，說明生成了鐵，證明假設(shè)c成立，
④分析可知晶體分解生成的產(chǎn)物為二氧化碳、一氧化碳、水、氧化亞鐵、鐵，反應(yīng)后固體為鐵和亞鐵，
實(shí)驗(yàn)時同時測出下列有關(guān)數(shù)據(jù)：FeC₂O₄•2H₂O的質(zhì)量為10.80g，其物質(zhì)的量n=$\frac{10.80g}{80g/mol}$=0.06mol，A中剩余固體的質(zhì)量為3.84g，設(shè)生成Fe物質(zhì)的量為x，F(xiàn)eO物質(zhì)的量為y，
x+y=0.06mol
56x+72y=3.84g
x=0.03mol
y=0.03mol
測得實(shí)驗(yàn)結(jié)束后裝置A中n（FeO）=0.03mol，
故答案為：KSCN 或NH₄SCN；氣體；0.03；
（5）實(shí)驗(yàn)分析可知晶體分解生成的產(chǎn)物為二氧化碳、一氧化碳、水、氧化亞鐵、鐵，反應(yīng)后固體為鐵和亞鐵，測得C中沉淀質(zhì)量大約是F中的3倍，碳元素守恒說明二氧化碳物質(zhì)的量是一氧化碳物質(zhì)的量的3倍，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：FeC₂O₄•2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+FeO+CO↑+3CO₂↑+2H₂O，
文獻(xiàn)中發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，實(shí)驗(yàn)步驟中改動打開活塞K₁，通入一段時間的N₂，不關(guān)閉活塞K₁，始終充滿氮?dú)猸h(huán)境進(jìn)行反應(yīng)，避免部分CO被FeO氧化為CO₂，同時生成Fe，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe+FeO+CO↑+3CO₂↑+2H₂O，開活塞K₁，通入一段時間的N₂，不關(guān)閉活塞K₁．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)探究、反應(yīng)現(xiàn)象分析判斷、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的探究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．