Question

17．草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O）是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解，是生产锂电池的原材料，某化学兴趣小组设计实验验证草酸亚铁晶体热分解的气体产物，并用热重法（TG）确定其分解后所得固体产物的组成，探究过程如下：
【查阅资料】（1）草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H₂O，CO，CO₂．
（2）无水硫酸铜为白色粉末，遇到水蒸气会变成蓝色结晶水合物（CuSO₄•5H₂O）．
（3）氢氧化钙微溶于水，常温条件下100g水中最多溶解0.02gCa（OH）₂．
【实验设计】

（1）从环保角度考虑，该套实验装置的明显缺陷是没有处理尾气．
（2）可选择以下实验装置中的乙（选填“甲”或“乙”）作为虚线框中的“热分解装置”．

【问题讨论】
（3）实验过程中观察到B中白色无水硫酸铜粉末变成蓝色，E中红色粉末变黑色现象，则可证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物有H₂O、CO₂和CO．E中发生的化学反应方程式为3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（4）该兴趣小组进行上述实验时，先点燃热分解装置中的酒精灯，一段时间后再点燃E处的酒精灯，原因是把装置中的空气排尽，避免一氧化碳和空气混合达到爆炸极限时，加热时发生爆炸．
（5）有小组同学提出，上述现象不能证明草酸亚铁晶体分解生成了CO，理由是分解生成了二氧化碳应除去．
【数据分析】（6）称取3.60g草酸亚铁晶体FeC₂O₄•2H₂O（相对分子质量是180）用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如图丙所示，请分析该图回答下列问题：
①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O．
②300℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式或名称Fe₂O₃．

Answer 1

分析 （1）一氧化碳有毒，扩散到空气中会污染环境；
（2）加热固体物质时，试管口应该略向下倾斜；
（3）氧化铁能和还原剂发生反应；
（4）可燃性气体或粉尘与氧气混合达到一定程度时，遇明火会发生爆炸；
（5）氢氧化钠溶液能够吸收二氧化碳；
（6）根据图中提供的信息，通过计算可以判断反应的化学方程式和物质的化学式．

解答 解：（1）从环保角度考虑，该套实验装置的明显缺陷是没有处理尾气．故填：没有处理尾气；
（2）“热分解装置”应该选择乙装置．故填：乙；
（3）实验过程中观察到B中白色无水CuSO₄变成蓝色，C中澄清石灰水变浑浊，E中红色粉末变黑色，说明一氧化碳与氧化铁在高温的条件下，生成铁和二氧化碳，则可证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H₂O，CO，CO₂．方程式为3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；故填：E中黑色粉末变红色；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（4）进行上述实验时，先点燃热分解装置中的酒精灯，一段时间后再点燃E处的酒精灯，原因是：把装置中的空气排尽，避免一氧化碳和空气混合达到爆炸极限时，加热时发生爆炸．故填：把装置中的空气排尽，避免一氧化碳和空气混合达到爆炸极限时，加热时发生爆炸；
（5）若通过F装置中澄清石灰水变浑浊来证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物中有CO，应该把分解生成的二氧化碳除尽，只要在C和D装置之间增加盛有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶即可．
（6）①通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，反应的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O．
故填：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O．
②草酸亚铁晶体中的铁元素质量为：3.6g×$\frac{56}{180}$×100%=1.12g，草酸亚铁晶体中的铁元素完全转化到氧化物中，
氧化物中氧元素的质量为：1.60g-1.12g=0.48g，
铁元素和氧元素的质量比为：1.12g：0.48g=7：3，
设铁的氧化物的化学式为Fe_xO_y，
则有：56x：16y=7：3，
x：y=2：3，
铁的氧化物的化学式为Fe₂O₃．
故填：Fe₂O₃．
故答案为：（1）没有处理尾气；
（2）乙；
（3）E中红色粉末变黑色；3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
（4）把装置中的空气排尽，避免一氧化碳和空气混合达到爆炸极限时，加热时发生爆炸；
（5）分解生成了二氧化碳应除去；
（6）FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄+2H₂O，Fe₂O₃．

点评 化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．所以，对化学实验不仅要认真观察，还应掌握观察实验现象的方法