Question

18．實驗室采用簡易裝置模擬演示工業(yè)煉鐵原理，實驗裝置圖和實驗步驟如下：

①按上圖連接好裝置，檢查裝置氣密性．
②稱取適量 Fe₂O₃于石英試管中，點(diǎn)燃Ⅰ處酒精燈，緩慢滴入甲酸．
③在完成某項操作后，點(diǎn)燃另外兩處酒精燈．
④30min后熄滅酒精燈，關(guān)閉彈簧夾．
⑤待產(chǎn)物冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物．
⑥采用如上方法分別收集帶金屬網(wǎng)罩酒精燈（金屬網(wǎng)罩可以集中火焰、提高溫度）和酒精噴燈加熱的產(chǎn)物．
請回答下列問題：
（1）制備CO的原理是利用甲酸（HCOOH）在濃硫酸加熱條件下的分解制得，盛放甲酸的儀器名稱為分液漏斗，該反應(yīng)的化學(xué)方程式HCOOH$→_{加熱}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O．
（2）實驗步驟③某項操作是指檢驗CO純度．
（3）實驗步驟④熄滅酒精燈的順序為III、I、II．（填Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）
（4）通過查資料獲取如下信息：
Ⅰ．酒精燈平均溫度為600℃；加網(wǎng)罩酒精燈平均溫度為700℃，酒精噴燈平均溫度為930℃．
Ⅱ．資料指出當(dāng)反應(yīng)溫度高于710℃，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，680℃～710℃之間，F(xiàn)eO穩(wěn)定存在，低于680℃，則主要是Fe₃O₄．試分析酒精燈加熱條件下生成Fe的原因是長時間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度．
（5）已知FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：22.2%、30%、27.6%．
利用儀器分析測出3種樣品所含元素種類和各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表：

加熱方式	產(chǎn)物元素組成	各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)%
		Fe	O
酒精燈	Fe和O	74.50	25.50
帶網(wǎng)罩酒精燈	Fe和O	76.48	23.52
酒精噴燈	Fe	100.00	0.00

分析各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知前二種加熱方式得到的產(chǎn)物為混合物，其中酒精燈加熱所得產(chǎn)物的組成最多有9種種可能．
（6）通過進(jìn)一步的儀器分析測出前二種加熱方式得到的固體粉末成分均為Fe₃O₄和Fe，用酒精噴燈加熱得到的固體粉末成分為Fe．請計算利用酒精燈加熱方式混合物中Fe₃O₄和Fe的質(zhì)量比為12：1．（要求保留整數(shù)）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)裝置圖可知甲酸盛放在分液漏斗中；HCOOH分解生成CO和水；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗純度；
（3）實驗結(jié)束后要等試管冷卻后才停止通一氧化碳，故先熄滅Ⅲ出酒精燈；應(yīng)最后熄滅II中酒精燈，目的是防止多余的一氧化碳進(jìn)入空氣中污染環(huán)境；
（4）酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實際操作過程中，由于受熱及散熱的問題，會出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)判斷物質(zhì)的組成；
（6）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，則$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，據(jù)此計算

解答 解：（1）根據(jù)裝置圖可知甲酸盛放在分液漏斗中，則盛放甲酸的儀器名稱為分液漏斗；在濃硫酸加熱條件下，HCOOH分解可得CO，根據(jù)質(zhì)量守恒可知另一個產(chǎn)物為水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為HCOOH$→_{加熱}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
故答案為：分液漏斗；HCOOH$→_{加熱}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗純度，則實驗步驟③某項操作是指檢驗CO純度；
故答案為：檢驗CO純度；
（3）實驗結(jié)束后要等試管冷卻后才停止通一氧化碳，故先熄滅Ⅲ出酒精燈，是為了防止生成熱的鐵被空氣中的氧氣氧化；應(yīng)最后熄滅II中酒精燈，目的是防止多余的一氧化碳進(jìn)入空氣中污染環(huán)境，故實驗步驟④熄滅酒精燈的順序為Ⅲ、I、II；
故答案為：Ⅲ、I、II；
（4）當(dāng)反應(yīng)溫度高于710℃，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實際操作過程中，由于受熱及散熱的問題，長時間集中加熱會出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象，達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度；
故答案為：長時間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，酒精燈加熱所得產(chǎn)物中Fe元素的百分含量為74.50%，混合物中至少有一個Fe元素含量大于74.50%，至少有一個Fe元素含量小于74.50%，故混合物中一定有Fe和FeO中的至少一種，也一定有Fe₂O₃和Fe₃O₄中的一種，
兩種物質(zhì)混合的有Fe和Fe₂O₃，F(xiàn)e和Fe₃O₄，F(xiàn)eO和Fe₂O₃，F(xiàn)eO和Fe₃O₄ 共4種組合，
三種物質(zhì)混合的有Fe、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)eO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)e₂O₃、Fe和FeO，F(xiàn)e₃O₄、Fe和FeO共4種組合，
四種物質(zhì)混合的有Fe、FeO、Fe₂O₃和e₃O₄只有1種，共9種組合；
故答案為：9；
（6）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，則：$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，
解得：$\frac{x}{y}$=12：1；
故答案為：12．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的制備實驗、實驗方案設(shè)計、物質(zhì)含量的測定等，難度中等，明確實驗原理是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，注意元素化合物知識的積累和靈活運(yùn)用．