Question

3．实验室采用简易装置模拟演示工业炼铁原理，实验装置图和实验步骤如下：

①按上图连接好装置，检查装置气密性．
②称取适量 Fe₂O₃于石英试管中，点燃Ⅰ处酒精灯，缓慢滴入甲酸．
③在完成某项操作后，点燃另外两处酒精灯．
④30min后熄灭酒精灯，关闭弹簧夹．
⑤待产物冷却至室温后，收集产物．
⑥采用如上方法分别收集带金属网罩酒精灯（金属网罩可以集中火焰、提高温度）和酒精喷灯加热的产物．
请回答下列问题：
（1）制备CO的原理是利用甲酸（HCOOH）在浓硫酸加热条件下的分解制得，盛放甲酸的仪器名称为分液漏斗，该反应的化学方程式HCOOH $→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+H₂O．
（2）实验步骤③某项操作是指检验CO纯度．
（3）实验步骤④熄灭酒精灯的顺序为Ⅲ、I、II．（填Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ）
（4）通过查资料获取如下信息：
Ⅰ．酒精灯平均温度为600℃；加网罩酒精灯平均温度为700℃，酒精喷灯平均温度为930℃．
Ⅱ．资料指出当反应温度高于710℃，Fe能稳定存在，680℃～710℃之间，FeO稳定存在，低于680℃，则主要是Fe₃O₄．试分析酒精灯加热条件下生成Fe的原因是长时间集中加热使局部温度达到还原生成铁所需要的温度．
（5）已知FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄氧元素的质量分数分别为：22.2%、30%、27.6%．
利用仪器分析测出3种样品所含元素种类和各元素的质量分数如下表：

加热方式	产物元素组成	各元素的质量分数%
		Fe	O
酒精灯	Fe和O	74.50	25.50
带网罩酒精灯	Fe和O	76.48	23.52
酒精喷灯	Fe	100.00	0.00

分析各元素的质量分数可知前二种加热方式得到的产物为混合物，其中酒精灯加热所得产物的组成最多有9种可能．
（6）通过进一步的仪器分析测出前二种加热方式得到的固体粉末成分均为Fe₃O₄和Fe，用酒精喷灯加热得到的固体粉末成分为Fe．请计算利用酒精灯加热方式混合物中Fe₃O₄和Fe的质量比为12：1．（要求保留整数）

Answer 1

分析 （1）根据装置图可知甲酸盛放在分液漏斗中；HCOOH分解生成CO和水；
（2）CO与氧气混合加热易爆炸，所以点燃前要检验纯度；
（3）实验结束后要等试管冷却后才停止通一氧化碳，故先熄灭Ⅲ出酒精灯；应最后熄灭II中酒精灯，目的是防止多余的一氧化碳进入空气中污染环境；
（4）酒精灯的火焰平均600度，不可能达到铁稳定存在的温度，但是，在实际操作过程中，由于受热及散热的问题，会出现局部温度较高的现象；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分别为100%、77.8%、70%、72.4%，结合表中的数据判断物质的组成；
（6）根据酒精灯加热得到的产物为Fe₃O₄和Fe，且铁元素的百分含量为74.50%，设Fe₃O₄的质量为x，Fe的质量为y，则$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，据此计算．

解答 解：（1）根据装置图可知甲酸盛放在分液漏斗中，则盛放甲酸的仪器名称为分液漏斗；在浓硫酸加热条件下，HCOOH分解可得CO，根据质量守恒可知另一个产物为水，反应的化学方程式为HCOOH $→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+H₂O；
故答案为：分液漏斗；HCOOH $→_{△}^{浓硫酸}$CO↑+H₂O；
（2）CO与氧气混合加热易爆炸，所以点燃前要检验纯度，则实验步骤③某项操作是指检验CO纯度；
故答案为：检验CO纯度；
（3）实验结束后要等试管冷却后才停止通一氧化碳，故先熄灭Ⅲ出酒精灯，是为了防止生成热的铁被空气中的氧气氧化；应最后熄灭II中酒精灯，目的是防止多余的一氧化碳进入空气中污染环境，故实验步骤④熄灭酒精灯的顺序为Ⅲ、I、II；
故答案为：Ⅲ、I、II；
（4）当反应温度高于710℃，Fe能稳定存在，酒精灯的火焰平均600度，不可能达到铁稳定存在的温度，但是，在实际操作过程中，由于受热及散热的问题，长时间集中加热会出现局部温度较高的现象，达到还原生成铁所需要的温度；
故答案为：长时间集中加热使局部温度达到还原生成铁所需要的温度；
（5）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分别为100%、77.8%、70%、72.4%，酒精灯加热所得产物中Fe元素的百分含量为74.50%，混合物中至少有一个Fe元素含量大于74.50%，至少有一个Fe元素含量小于74.50%，故混合物中一定有Fe和FeO中的至少一种，也一定有Fe₂O₃和Fe₃O₄中的一种，
两种物质混合的有Fe和Fe₂O₃，Fe和Fe₃O₄，FeO和Fe₂O₃，FeO和Fe₃O₄ 共4种组合，
三种物质混合的有Fe、Fe₂O₃和Fe₃O₄，FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，Fe₂O₃、Fe和FeO，Fe₃O₄、Fe和FeO共4种组合，
四种物质混合的有Fe、FeO、Fe₂O₃和e₃O₄只有1种，共9种组合；
故答案为：9；
（6）根据酒精灯加热得到的产物为Fe₃O₄和Fe，且铁元素的百分含量为74.50%，设Fe₃O₄的质量为x，Fe的质量为y，则$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，
解得：$\frac{x}{y}$=12：1；
故答案为：12．

点评 本题考查物质的制备实验、实验方案设计、物质含量的测定等，难度中等，明确实验原理是解本题关键，根据物质的性质分析解答，注意元素化合物知识的积累和灵活运用．