Question

20．实验室用如图装置测定FeO和Fe₂O₃固体混合物中Fe₂O₃的质量，装置D中硬质双通玻璃管中的固体物质是FeO和Fe₂O₃的混合物．

（1）为了安全，在点燃D处的酒精灯之前，必须在b处收集氢气验纯；
（2）装置B的作用是除去氢气中的氯化氢；装置C中装的液体是浓硫酸，所起的作用是除水蒸气或干燥氢气；
（3）检验装置A气密性的方法是：关闭a，往球形漏斗中加水，球形漏斗下端有一段水柱高于容器中液面，则装置气密性完好；
（4）若FeO和Fe₂O₃固体混合物的质量为23.2g，反应完全后U型管的质量增加7.2g，则混合物中Fe₂O₃的质量为16g．
（5）若装置中无干燥管F，则测得的Fe₂O₃质量将偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”下同），若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，则测得的Fe₂O₃质量将偏大；证明FeO和Fe₂O₃固体混合物中含有FeO的方法是：根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe₂O₃固体混合物中含有FeO．

Answer 1

分析 （1）D装置发生的反应是氢气还原氧化亚铁、氧化铁的反应，氢气是可燃性气体加热或点燃前需要进行验纯；
（2）A中产生的H₂中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验；
（3）依据装置中气体压强变化和液面变化分析判断装置气密性；
（4）根据氧化铁、氧化亚铁的总质量及U型管的质量增加7.2g为水的质量列式计算；
（5）若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，氧元素物质的量偏大，Fe₂O₃的质量也将偏大；装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后质量的减少其实是其中氧元素的质量，根据铁、氧原子的个数比判断．

解答 解：（1）装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，反应方程式为：3H₂+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3H₂O，H₂+FeO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+H₂O，氢气是可燃性气体，装置中需要充满氢气后方可进行加热反应，所以需要对氢气进行验纯，避免混有空气加热发生爆炸，在b处收集氢气验纯；
故答案为：在b处收集氢气验纯；
（2）由于A中产生的H₂中混有HCl和水蒸气，必须通过洗气逐一除去，防止干扰后续实验，所以B的作用是除去氢气中的氯化氢，C的浓硫酸，用于干燥氢气，
故答案为：除去氢气中的氯化氢；浓硫酸；除水蒸气或干燥氢气；
（3）检查装置A的气密性，需要关闭开关a，在球形漏斗中加入水到下端液面高于容器中的液面，一段时间后液面不变证明气密性完好；
故答案为：关闭a，往球形漏斗中加水，球形漏斗下端有一段水柱高于容器中液面，则装置气密性完好；
（4）U型管的质量增加的7.2g是水，物质的量是 $\frac{7.2g}{18g/mol}$=0.4mol，
设FeO、Fe₂O₃物质的量分别为X、Y，则：X+3Y=0.4
根据质量可列式：72X+160Y=23.2
解得Y=0.1，X=0.1，
所以氧化铁的质量为：160g/mol×0.1mol=16g，
故答案为：16g；
（5）干燥管F的作用防空气中水蒸气对实验干扰，若无干燥管F，空气中的水蒸气被E吸收则所测生成水的质量增大，导致氧的含量增大，Fe₂O₃的质量将偏大，若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，即上式中X偏小，则Y偏大，测得的Fe₂O₃质量将偏大，FeO中n（Fe）：n（O）=1：1，Fe₂O₃中n（Fe）：n（O）=，2：3，装置D中发生的是氧化亚铁、氧化铁与氢气的反应，固体混合物反应前后质量的减少其实是其中氧元素的质量，根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe₂O₃固体混合物中含有FeO，
故答案为：偏大；偏大；根据铁、氧原子的个数比判断FeO和Fe₂O₃固体混合物中含有FeO．

点评 本题考查了测定FeO和Fe₂O₃固体混合物中Fe₂O₃的质量，是一道综合实验题，解题的关键是掌握各种装置的作用，并能根据相关的数据进行计算，此题对训练学生思维能力有一定帮助，本题难度中等．