Question

【題目】某興趣小組對一氧化碳還原氧化鐵的相關(guān)知識進(jìn)行了深入研究。

（知識回顧）寫出一氧化碳還原氧化鐵的化學(xué)方程式______________________。

（提出問題）該小組同學(xué)發(fā)現(xiàn)甲烷的性質(zhì)與氫氣、一氧化碳有很多相似之處。氫氣、一氧化碳具有還原性，那么甲烷有沒有還原性呢？

（查閱資料）1無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變?yōu)樗{(lán)色。

2鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，鐵的氧化物與稀硫酸反應(yīng)時無氣體生成

（實(shí)驗(yàn)探究）為探究上述問題，設(shè)計如下裝置并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（1）實(shí)驗(yàn)開始時先通一段時間甲烷的目的是_________________。

（2）加熱一段時間后，觀察到A中硬質(zhì)玻璃管中的固體粉末由紅色全部變成黑色，取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀硫酸，觀察到_____（填實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），說明有鐵生成；B中白色固體變藍(lán)，說明有_____生成；C中澄清石灰水變渾濁，說明有二氧化碳生成。

（結(jié)論）甲烷有還原性，若生成的黑色粉末全部是鐵，甲烷還原氧化鐵的化學(xué)方程式為_____________。

（反思質(zhì)疑）查閱資料得知：酒精燈加熱時達(dá)不到高溫，生成物中可能混有鐵的其他氧化物FexOy．為探究甲烷與氧化鐵反應(yīng)后所得黑色粉末的成分，繼續(xù)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

（1）探究黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

①將圖1各裝置按照一定順序連接，接口順序是a→_____→_____→d（填序號）。

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。計算黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)_________。（寫出計算過程，結(jié)果保留到0.1%）（Fe + H2SO4=FeSO4 + H2↑）

（2）確定黑色粉末中FexOy的化學(xué)式：檢查圖2裝置的氣密性，另稱取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，經(jīng)檢驗(yàn)全都是鐵。若原黑色粉末中鐵的氧化物只有一種，則FexOy的化學(xué)式為________。從環(huán)保角度分析，圖2裝置存在的明顯缺陷是__________。

Answer 1

【答案】 排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸 有氣泡產(chǎn)生 水 c b 19.4% FeO 沒有進(jìn)行尾氣的處理

【解析】

[知識回顧]

一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，故化學(xué)方程式為：；

[實(shí)驗(yàn)探究]

（1）通入的甲烷具有可燃性，甲烷與空氣的混合氣體加熱可能發(fā)生爆炸，故實(shí)驗(yàn)開始時先通一段時間甲烷的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸，故填：排盡裝置內(nèi)的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；

（2）取少量黑色粉末于試管中，加入適量稀硫酸，反應(yīng)后生成的黑色粉末中，若有鐵，加入稀硫酸，鐵與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，故觀察到有氣泡產(chǎn)生，說明有鐵生成；B中裝有白色的無水硫酸銅固體，資料中提供：無水硫酸銅是白色固體，吸收水分后變?yōu)樗{(lán)色；B中白色固體變藍(lán)，說明有水生成，故填：有氣泡產(chǎn)生；水；

[結(jié)論]

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，甲烷與氧化鐵反應(yīng)生成鐵、水和二氧化碳，故甲烷還原氧化鐵的化學(xué)方程式為：；

[反思質(zhì)疑]

（1）①鐵和稀硫酸反應(yīng)生成的硫酸亞鐵和氫氣，使用排水法收集，則氣體從短管進(jìn)入，故接口順序是a→c→b→d，故填：c；b；

②檢查裝置氣密性，稱取7.2g黑色粉末 放入燒瓶中，向分液漏斗中加入稀硫酸。打開分液漏斗活塞，逐滴加入稀硫酸至無氣泡產(chǎn)生，通過測量量筒內(nèi)水的體積得出氫氣質(zhì)量為0.05g。

設(shè)生成0.05g氫氣，需鐵的質(zhì)量為X

X=1.4g

故黑色粉末中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=；

（2）取上述黑色粉末7.2g放入硬質(zhì)玻璃管中，加熱至完全反應(yīng)，稱得硬質(zhì)玻璃管內(nèi)剩余固體為5.6g，故氧元素的質(zhì)量=7.2g-5.6g=1.6g，則鐵元素和氧元素的原子個數(shù)比為：：=1:1，故FexOy的化學(xué)式為FeO；從環(huán)保角度分析，圖2裝置是用一氧化碳還原黑色粉末，一氧化碳能與血液中的血紅蛋白結(jié)合，造成人體缺氧（有毒），一氧化碳不能與澄清的石灰水反應(yīng)，在裝置中的尾氣沒有處理。

故填：FeO；沒有進(jìn)行尾氣的處理。