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专题09物质组成(及其含量)、构成的探究
某铁锈成分为,兴趣小组模拟工业炼铁原理探究此铁锈组成。
[资料链接]①失去结晶水温度为110℃;②温度高于500℃时铁的氧化物才能被CO还原;
③碱石灰的成分是NaOH和CaO。
兴趣小组在科研人员的指导下设计了如下实验方案供大家讨论。(已知:草酸在浓H2SO4作用下受热分解)
先将D装置温度控制在200℃充分加热至质量不变,再将温度升高到500℃以上的高温,继续加热。
(1)甲同学认为装置A中反应生成的气体通过B、C装置可得到干燥、纯净的CO气体,洗气瓶B、C中应分别盛放(选填字母序号)。
a.浓硫酸、氢氧化钠溶液??b.氢氧化钠溶液、浓硫酸
(2)乙同学认为,停止实验时,应该先停止对D装置加热,此时应继续向D中通入气体至冷却,原因是。
(3)开始进行上述实验时,应先点燃A装置中的酒精灯,一会儿后对D玻璃管加热,原因是。有同学认为该装置有缺陷,你认为“缺陷”是。
(4)对D装置进行500℃以上的高温加热时,发生反应的化学方程式_____。
(5)若称取样品10.0g,用上述装置进行实验,测定铁锈中铁元素的质量分数。实验前后称得F装置增重7.92g,则此铁锈样品中铁元素的质量分数是。
(6)称取一定量此铁锈样品,实验结束,冷却后称量,装置E增重5.4g,装置F增重13.2g。则样品中中x=。
(7)若缺少G装置,中x的值会。(选填“偏大”、“偏小”、“不变”)
(8)假定该铁锈样品中有和两种成分,学习小组称取30.0g的铁锈样品,按如图装置进行实验。充分反应后冷却、称量,装置D中剩余固体的质量为19.8g,装置E增重5.4g,则中,铁锈样品中单质铁的质量分数为(计算结果保留一位小数)。
【答案】(1)b
(2)防止生成的铁被重新氧化,防止E中的浓硫酸倒流炸裂玻璃管
(3)通入混合气体一段时间,排除体系中的空气,防止加热时CO发生爆炸缺少尾气处理装置
(4)
(5)71.2%
(6)3
(7)偏小
(8)328.7%
【详解】(1)草酸分解生成的气体中含有一氧化碳、二氧化碳、水,实验目的是用一氧化碳含有铁的氧化物,所以需要除去二氧化碳和水蒸气二氧化碳用氢氧化钠溶液除去,水蒸气用浓硫酸干燥,故选b;
(2)实验结束时应继续通入混合气体至装置冷却到室温,这样做的目的是防止生成的铁被重新氧化,防止E中的浓硫酸倒流炸裂玻璃管;
(3)一氧化碳是可燃性气体,与空气混合加热或点燃会发生爆炸,为防止空气对反应的影响,应先除去各装置中的空气;一氧化碳有毒,直接排放到空气中会污染环境,本实验的缺陷是没有设计尾气处理装置。
(4)进行500℃以上的高温加热时,一氧化碳和氧化铁反应生成铁和二氧化碳,发生反应的化学方程式为:3CO+Fe2O32Fe+3CO2;
(5)由反应的化学方程式3CO+Fe2O32Fe+3CO2可知,F装置增加的质量为二氧化碳质量,而二氧化碳中氧元素一半来自于一氧化碳,另一半则来自于铁的氧化物,二氧化碳含有氧元素质量=7.92g××100%=5.76g,则样品中氧元素质量=5.76g÷2=2.88g,因此含有铁元素质量为10g-2.88g=7.12g,样品中铁元素的质量分数为×100%=71.2%;
故填:71.2%。
(6)冷却后装置E增重5.4g,说明结晶水质量是5.4g,装置F增重13.2g,说明生成了13.2g二氧化碳;设样品中氧化铁的质量为a,
a=16.0g
则中氧化铁和水的分子个数比为:,可得x=3;
(7)若缺少G装置,空气中的水蒸气和二氧化碳会进入F装置,导致计算的氧化铁质量偏大,而通过E装置测定的结晶水质量不变,从而导致Fe2O3?xH2O中x的值会偏小;
(8)浓硫酸具有吸水性,则装置E增重的质量即为水的质量,又由于,则装置中减少的质量为水和氧元素的质量,则,解得x=3;
设Fe2O3?3H2O的质量为y,则
解得y=21.4g
则铁锈样品中单质铁的质量分数为。
1.(2023·湖北武汉·统考中考真题)分类回收塑料制品是环境保护的重要研究课题。化学兴趣小组用燃烧法探究塑料的组成。某塑料含有碳、氢元素,可能还含有氧和氯元素中的一种或两种。该塑料充分燃烧除生成二氧化碳和水蒸气外,还可能生成氯化氢气体。取mg该塑料样品与足量干燥的氧气充分反应,用图3所示装置吸收生成的气体。实验过程中,观察到装置乙溶液中产生白色沉淀。当气体被充分吸收后,测得装置甲、乙、丙的质量在反应前后分别增加m1g、m2g和m3g。(无水氯化钙可作干燥剂,装置气密性良好,装置甲、乙、丙、丁中试剂均足量)
??
(3)装置乙溶液
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