Question

17．實驗室用如圖裝置測定FeO和Fe₂O₃固體混合物中Fe₂O₃的質(zhì)量，D裝置的硬質(zhì)雙通玻璃管中的固體物質(zhì)是FeO和Fe₂O₃的混合物．

（1）如何檢查裝置A的氣密性？
（2）裝置A發(fā)生的反應有時要向其中加入少量CuSO₄溶液，其目的加快氫氣產(chǎn)的速率，其原理是Zn先與CuSO₄反應生成Cu附著在Zn表面，Zn（負極）、Cu（正極）與稀鹽酸（電解質(zhì)溶液）組成很多微小原電池，發(fā)生原電池反應，加快了反應速率．
（3）為了安全，在點燃D處的酒精燈之前，在b出口處必須收集氫氣驗純．
（4）裝置B的作用是除去氫氣中的氯化氫；裝置C中裝的液體是濃硫酸，所起的作用是干燥氫氣；．
（5）在氣密性完好，并且進行了必要的安全操作后，點燃D處的酒精燈，在硬質(zhì)玻璃管中發(fā)生反應的化學方程式是3H₂+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+H₂O．
（6）若FeO和Fe₂O₃固體混合物的質(zhì)量為23.2g，反應完全后U形管的質(zhì)量增加7.2g，則混合物中Fe₂O₃的質(zhì)量為16g．
（7）U形管E右邊又連接干燥管F的目的是防止空氣中的水蒸氣等氣體進入E中，若無干燥管F，測得Fe₂O₃的質(zhì)量將偏大（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．
（8）若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，測得的Fe₂O₃質(zhì)量將偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 裝置A是制備氫氣的發(fā)生裝置，通過裝置B中的水除去氫氣中的氯化氫，通過裝置C中的濃硫酸干燥氫氣，通過裝置D還原FeO和Fe₂O₃的混合物，生成的水蒸氣進入裝置E吸收，稱量質(zhì)量變化得到生成水的質(zhì)量計算氧化鐵的質(zhì)量，裝置F是防止空氣中的水蒸氣進入裝置E影響測定結(jié)果的準確性，
（1）依據(jù)裝置中氣體壓強變化和液面變化分析判斷裝置氣密性；
（2）Zn先與CuSO₄反應生成Cu附著在Zn表面，Zn（負極）、Cu（正極）與稀鹽酸（電解質(zhì)溶液）組成很多微小原電池；
（3）氫氣是可燃性氣體加熱或點燃前需要進行驗純；
（4）A中產(chǎn)生的H₂中混有HCl和水蒸氣，必須通過洗氣逐一除去，防止干擾后續(xù)實驗；
（5）D裝置發(fā)生的反應是氫氣還原氧化亞鐵、氧化鐵的反應，生成了鐵和水；
（6）根據(jù)氧化鐵、氧化亞鐵的總質(zhì)量及U型管的質(zhì)量增加7.2g為水的質(zhì)量列式計算；
（7）若無干燥管F，空氣中的水蒸氣被E吸收則所測生成水的質(zhì)量增大，氧元素物質(zhì)的量偏大，F(xiàn)e₂O₃的質(zhì)量也將偏大；
（8）若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，E吸收則所測生成水的質(zhì)量減小，氧元素物質(zhì)的量偏�。�

解答 解：（1）檢查裝置A的氣密性，需要關閉開關a，在球形漏斗中加入水到下端液面高于容器中的液面，一段時間后液面不變證明氣密性完好；
故答案為：關閉a，從球形漏斗口加水，待水從漏斗管上升與容器中的水面形成一段水柱，停止加水，靜置片刻，如水柱不下降，證明其氣密性良好；
（2）裝置A發(fā)生的反應有時要向其中加入少量CuSO₄溶液，鋅和硫酸銅溶液反應生成銅附著在鋅表面，在稀硫酸中形成原電池反應加快反應速率，
故答案為：加快氫氣產(chǎn)的速率；Zn先與CuSO₄反應生成Cu附著在Zn表面，Zn（負極）、Cu（正極）與稀鹽酸（電解質(zhì)溶液）組成很多微小原電池，發(fā)生原電池反應，加快了反應速率；
（3）氫氣是可燃性氣體，裝置中需要充滿氫氣后方可進行加熱反應，所以需要對氫氣進行驗純，避免混有空氣加熱發(fā)生爆炸，在F處收集氫氣驗純；
故答案為：收集氫氣驗純；
（4）由于A中產(chǎn)生的H₂中混有HCl和水蒸氣，必須通過洗氣逐一除去，防止干擾后續(xù)實驗，所以B的作用是除去氫氣中的氯化氫，C的濃硫酸，用于干燥氫氣，
故答案為：除去氫氣中的氯化氫；濃硫酸；干燥氫氣；
（5）裝置D中發(fā)生的是氧化亞鐵、氧化鐵與氫氣的反應，反應方程式為：3H₂+Fe₂O₃2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+H₂O，
故答案為：3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe+H₂O；
（6）U型管的質(zhì)量增加的7.2g是水，物質(zhì)的量是 $\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol，
設FeO、Fe₂O₃物質(zhì)的量分別為X、Y，則：X+3Y=0.4
根據(jù)質(zhì)量可列式：72X+160Y=23.2
解得Y=0.1，X=0.1，
所以氧化鐵的質(zhì)量為：160g/mol×0.1mol=16g，
故答案為：16；
（7）干燥管F的作用防空氣中水蒸氣對實驗干擾，若無干燥管F，空氣中的水蒸氣被E吸收則所測生成水的質(zhì)量增大，導致氧的含量增大，F(xiàn)e₂O₃的質(zhì)量將偏大，
故答案為：防止空氣中的水蒸氣等氣體進入E中；偏大．
（8）若反應后得到的殘留固體中還有少量FeO，E吸收則所測生成水的質(zhì)量減小，氧元素物質(zhì)的量偏小，依據(jù)（6）中金屬可知設此時生成水質(zhì)量為m，
72X+160Y=23.2
X+3Y=$\frac{m}{18}$
Y=$\frac{56m}{18}$-23.2，m越小，Y越小，
測得的Fe₂O₃質(zhì)量將偏小，
故答案為：偏�。�

點評 本題考查了測定FeO和Fe₂O₃固體混合物中Fe₂O₃的質(zhì)量，是一道綜合實驗題，解題的關鍵是掌握各種裝置的作用，并能根據(jù)相關的數(shù)據(jù)進行計算，此題對訓練學生思維能力有一定幫助，本題難度中等．