Question

2．工业铁红的主要成分是Fe₂O₃，还含有少量的FeO、Fe₃O₄．为了测定铁红中铁的质量分数，兴趣小组的同学进行了如下实验，请你参与过程分析．
资料1：草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓H₂SO₄作用下受热分解，化学方程式为：H₂C₂O₄•3H₂O$→_{△}^{浓H_{2}SO_{4}}$CO₂↑+CO↑+4H₂O
资料2：浓硫酸具有吸水性；氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳；碱石灰固体既能吸水又能吸收二氧化碳；CO能将FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄还原成铁．
（1）下列可用作草酸分解制取气体的装置如图1是d（填字母编号）．

问题讨论：用如图2所示装置进行实验：
（2）实验前应先检查装置的气密性．
（3）B装置的作用是验证二氧化碳已除尽．
（4）对D装置加热前和停止加热后，都要通入过量的CO，其中加热前作用是：将装置中的空气排出，防止发生爆炸
（5）写出D装置中所发生反应的一个化学方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
数据分析：资料3：铁的常见氧化物中铁的质量分数：铁的氧化物FeO  Fe₂O₃Fe₃O₄铁的质量分数77.8%    70.0%    72.4%
（6）称取铁红样品10.0g，用上述装置进行实验，测定铁红中铁的质量分数．
①D中充分反应后得到Fe粉的质量为m g，则7.0＜m＜7.78．
②实验前后称得E装置增重6.6g，则此铁红中铁的质量分数是76.0%．
实验评价：反思1：本实验中如果缺少C装置（不考虑其它因素），则测得样品中铁的质量分数会偏小（填“偏小”、“不变”或“偏大”）．
反思2：请指出 问题讨论中实验装置的一个明显缺陷缺少尾气处理装置．
拓展探究：用100t含氧化铁80%的赤铁矿石理论上可冶炼出含铁98%的生铁多少吨？（结果保留1为小数）

Answer 1

分析 草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解，因此选用d装置；实验前应先检查装置的气密性，二氧化碳一般用氢氧化钠溶液吸收，用澄清的石灰水检验，还可以检验二氧化碳是否除尽，二氧化碳可以用浓硫酸干燥；加热之前通入一氧化碳的目的是：将装置中的空气排出，防止发生爆炸；加热之后通入一氧化碳的目的是：驱赶装置中滞留的二氧化碳，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收．一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，配平即可；如果全部是氧化铁，铁的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亚铁，铁的最大量是10g×77.8%=7.78g；E装置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的质量=6.6g×$\frac{32}{44}$×100%=4.8g，因为4.8g氧元素的质量一半来自于一氧化碳，一半来自于铁的氧化物，那么铁红中氧元素的质量是4.8g÷2=2.4g，则铁红中铁的质量分数=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；本实验中如果缺少C装置，水蒸气会通过，E装置也具有吸水性，因此E装置会增重，氧元素的质量偏大，则测得样品中铁的质量分数会偏小；实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置或检验水是否除尽；由赤铁矿石的质量、氧化铁的质量分数、生铁中铁的质量分数，根据赤铁矿炼铁的化学方程式可以列式计算出炼出生铁的质量．

解答 解：（1）草酸晶体（H₂C₂O₄•3H₂O）在浓硫酸作用下受热分解，因此选用d装置，故答案为：d；
（2）实验前应先检查装置的气密性，故答案为：检查装置的气密性；
（3）B装置还可以检验二氧化碳是否除尽，故答案为：验证二氧化碳已除尽；
（4）加热之前通入一氧化碳的目的是：将装置中的空气排出，防止发生爆炸；加热之后通入一氧化碳的目的是：驱赶装置中滞留的二氧化碳，使其全部被E装置中碱石灰全部吸收．故答案为：将装置中的空气排出，防止发生爆炸．（合理即可）
（5）一氧化碳和氧化铁在高温的条件下生成铁和二氧化碳，配平即可；故答案为：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，（一氧化碳与FeO、Fe₃O₄也可以）
（6）如果全部是氧化铁，铁的最少量是10g×70%=7.0g，如果全部是氧化亚铁，铁的最大量是10g×77.8%=7.78g；E装置增重6.6g，那么二氧化碳是6.6g，氧元素的质量=6.6g×$\frac{32}{44}×100%$=4.8g，因为一个一氧化碳分子只能抢氧化铁中一个氧原子变成二氧化碳，因此氧元素的质量一半一半，4.8g氧元素的质量一半来自于一氧化碳，一半来自于铁的氧化物，那么铁红中氧元素的质量是4.8g÷2=2.4g，则铁红中铁的质量分数=$\frac{10g-2.4g}{10g}$×100%=76.0%；故答案为：①7.0＜m＜7.78；②76.0%
【实验评价】
本实验中如果缺少C装置，水蒸气会通过，E装置也具有吸水性，因此E装置会增重，氧元素的质量偏大，则测得样品中铁的质量分数会偏小；实验装置的一个明显缺陷：缺少尾气处理装置．故答案为：偏小；缺少尾气处理装置；
【拓展探究】设理论上可以炼出含铁98%的生铁的质量为x．
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂
160            112
100t×80%      98%x
$\frac{160}{112}=\frac{100t×80%}{98%x}$
解得：x≈57.1t
答：可炼出含铁98%的生铁57.1t．

点评 本考点属于实验探究题，实验探究题是近几年中考的热点之一，它包括实验方法和过程的探究，实验结论和实验规律的探究等．本题通过实验现象和分析，得到了正确的结论，属于实验过程和结论的探究．同学们要具体分析，综合掌握．本题型主要出现在实验题中．