Question

1．實(shí)驗(yàn)室采用簡(jiǎn)易裝置模擬工業(yè)煉鐵原理，實(shí)驗(yàn)裝置如圖，實(shí)驗(yàn)步驟如下：


①按圖連接好裝置，檢查裝置氣密性．
②稱(chēng)取0.2000gFe₂O₃于石英試管中，點(diǎn)燃I處酒精燈，緩慢滴入甲醇．
③在完成某項(xiàng)操作后，點(diǎn)燃另外兩處酒精燈．
④30min后停止加熱，關(guān)閉彈簧夾．
⑤待產(chǎn)物冷卻至室溫后，收集產(chǎn)物．
⑥采用如上方法分別收集帶金屬網(wǎng)罩酒精燈（金屬網(wǎng)罩可以集中火焰、提高溫度）和酒精噴燈加熱的產(chǎn)物．
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）制備CO的原理是利用甲醇（HCOOH）在濃硫酸加熱條件下的分解制得，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
（2）實(shí)驗(yàn)步驟③應(yīng)在檢驗(yàn)CO純度后，先點(diǎn)燃II（填“II”或“III”）處酒精燈；
（3）實(shí)驗(yàn)步驟⑤產(chǎn)物冷卻至室溫時(shí)應(yīng)注意繼續(xù)通入CO（或隔絕空氣）；
（4）已知FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：22.2%、30%、27.6%．利用能譜分析測(cè)出3種樣品所含元素種類(lèi)和各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下表：分析各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可知前二種加熱方式得到的產(chǎn)物為混合物，其中酒精燈加熱所得產(chǎn)物的組成最多有9種；

加熱方式	產(chǎn)物元素組成	各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
		Fe	O
酒精燈	Fe和O	74.50	25.50
帶網(wǎng)罩酒精燈	Fe和O	76.48	23.52
酒精噴燈	Fe	100.00	0.00

（5）通過(guò)進(jìn)一步的儀器分析測(cè)出前兩種加熱方式得到的固體粉末成分均為Fe₃O₄和Fe，用酒精噴燈加熱得到的固體粉末成分為Fe．請(qǐng)計(jì)算利用酒精燈加熱方式混合物中Fe₃O₄和Fe的質(zhì)量比為12：1（要求保留整數(shù)）；
（6）通過(guò)查資料獲取如下信息：I．酒精燈平均溫度為600℃，加網(wǎng)罩酒精燈平均溫度為700℃，酒精燈平均溫度為930℃．II．資料指出當(dāng)反應(yīng)溫度高于710，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，680℃～710℃之間，F(xiàn)eO穩(wěn)定存在，低于680℃，則主要是Fe₃O₄，試分析酒精燈加熱條件下生成Fe的原因是長(zhǎng)時(shí)間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度；生成Fe的過(guò)程中發(fā)生的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂，F(xiàn)e₃O₄+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3FeO+CO₂，F(xiàn)e₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)裝置圖可知制備一氧化碳的原理為甲酸在濃硫酸加熱條件下分解，HCOOH分解生成CO和水；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗(yàn)純度；根據(jù)一氧化碳的可燃性和毒性來(lái)進(jìn)行分析點(diǎn)燃的先后；
（3）在溫度較高時(shí)，鐵易與氧氣反應(yīng)，需繼續(xù)通入一氧化碳，或隔絕空氣；
（4）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，結(jié)合表中的數(shù)據(jù)判斷物質(zhì)的組成；
（5）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，根據(jù)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算；
（6）酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于受熱及散熱的問(wèn)題，會(huì)出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象；生成Fe的過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)有一氧化碳和氧化鐵生成四氧化三鐵、一氧化碳和四氧化三鐵反應(yīng)生成鐵，一氧化碳和氧化鐵生成鐵，據(jù)此書(shū)寫(xiě)方程式．

解答 解：（1）在濃硫酸加熱條件下，HCOOH分解可得CO，根據(jù)質(zhì)量守恒可知另一個(gè)產(chǎn)物為水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
故答案為：分液漏斗；HCOOH $→_{△}^{濃硫酸}$CO↑+H₂O；
（2）CO與氧氣混合加熱易爆炸，所以點(diǎn)燃前要檢驗(yàn)純度，則實(shí)驗(yàn)步驟③某項(xiàng)操作是指檢驗(yàn)CO純度；為了排凈裝置內(nèi)的空氣，以免點(diǎn)燃酒精燈發(fā)生爆炸，所以要先通入一氧化碳?xì)怏w，而一氧化碳有毒，不能直接排放到空氣中，應(yīng)將其點(diǎn)燃處理，所以實(shí)驗(yàn)步驟③后要先點(diǎn)燃II處的酒精燈；
故答案為：檢驗(yàn)CO純度；II；
（3）為防止氧化鐵的還原成產(chǎn)物在溫度較高時(shí)與空氣中的氧氣反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)步驟⑤產(chǎn)物冷卻至室溫時(shí)應(yīng)注意繼續(xù)通入一氧化碳或隔絕空氣，
故答案為：繼續(xù)通入CO（或隔絕空氣）；
（4）Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中Fe元素的百分含量分別為100%、77.8%、70%、72.4%，酒精燈加熱所得產(chǎn)物中Fe元素的百分含量為74.50%，混合物中至少有一個(gè)Fe元素含量大于74.50%，至少有一個(gè)Fe元素含量小于74.50%，故混合物中一定有Fe和FeO中的至少一種，也一定有Fe₂O₃和Fe₃O₄中的一種，
兩種物質(zhì)混合的有Fe和Fe₂O₃，F(xiàn)e和Fe₃O₄，F(xiàn)eO和Fe₂O₃，F(xiàn)eO和Fe₃O₄ 共4種組合，
三種物質(zhì)混合的有Fe、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)eO、Fe₂O₃和Fe₃O₄，F(xiàn)e₂O₃、Fe和FeO，F(xiàn)e₃O₄、Fe和FeO共4種組合，
四種物質(zhì)混合的有Fe、FeO、Fe₂O₃和e₃O₄只有1種，共9種組合；
故答案為：9；
（5）根據(jù)酒精燈加熱得到的產(chǎn)物為Fe₃O₄和Fe，且鐵元素的百分含量為74.50%，設(shè)Fe₃O₄的質(zhì)量為x，F(xiàn)e的質(zhì)量為y，則$\frac{x×\frac{168}{232}+y}{x+y}$×100%=74.50%，
解得：$\frac{x}{y}$=12：1；
故答案為：12；
（6）當(dāng)反應(yīng)溫度高于710℃，F(xiàn)e能穩(wěn)定存在，酒精燈的火焰平均600度，不可能達(dá)到鐵穩(wěn)定存在的溫度，但是，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于受熱及散熱的問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)間集中加熱會(huì)出現(xiàn)局部溫度較高的現(xiàn)象，達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度，在加熱的條件下，生成Fe的過(guò)程中發(fā)生：3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂，F(xiàn)e₃O₄+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3FeO+CO₂，F(xiàn)e₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
故答案為：長(zhǎng)時(shí)間集中加熱使局部溫度達(dá)到還原生成鐵所需要的溫度；3Fe₂O₃+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂，F(xiàn)e₃O₄+CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3FeO+CO₂，F(xiàn)e₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、物質(zhì)含量的測(cè)定等，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)原理是解本題關(guān)鍵，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析解答，注意元素化合物知識(shí)的積累和靈活運(yùn)用．