Question

某同學為測定12g含雜質的氧化鐵樣品中氧化鐵的質量分數，利用稀硫酸和鋅粒制取氫氣，設計了如圖所示的裝置，進行有關的實驗探究（提示：氫氣和氧化鐵在高溫條件下發生置換反應，雜質不參加反應，濃硫酸具有吸水性，假定每步均完全反應或吸收）．
主要實驗步驟如下：
①按順序組裝儀器，檢查裝置的氣密性，稱量樣品和必要裝置的質量；
②緩緩通入干燥的氫氣；     ③點燃B處酒精燈；     ④反應結束熄滅B處酒精燈；
⑤待裝置B冷卻至室溫再停止通氫氣；     ⑥再次稱量必要裝置的質量．

	裝置B	裝置C
反應前的質量/g	86.3	286.9
反應后的質量/g	83.9	284.2

（1）儀器a的名稱

玻璃管

．
（2）實驗時先通氫氣后加熱的目的是

除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸

，驗證該步驟目的達到的實驗方法是

收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音

．
（3）裝置B處的現象

紅色粉末變為黑色

．
（4）實驗結束為什么先停止加熱，待裝置B冷卻至室溫再停止通氫氣

防止溫度降低，C中液體被倒吸入B中

．
（5）請計算樣品中氧化鐵的質量分數．（寫出計算步驟，計算結果精確到0．l%）
（6）該實驗還可測定組成水的各元素之間的質量關系，請用表中實驗數據列式表示出水中氫、氧元素的質量比為

【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）

（不用化簡）；若氧化鐵沒有完全反應，則求得水中氫、氧元素的質量比會

不變

（“偏大”、“偏小”或“不變”），若缺少裝置A，則

偏大

．

Answer 1

分析：（1）據常用儀器回答；
（2）實驗時先通氫氣后加熱的目的是：除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；
（3）氧化鐵與氫氣反應生成鐵和水，據此分析裝置B處的現象；
（4）根據裝置特點分析操作的原因；
（5）根據B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，計算出氧化鐵的質量，進而計算氧化鐵的質量分數；
（6）根據B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，也就是生成的水中氧元素的質量，C裝置中增加的質量為水的質量，水由氫元素和氧元素組成，故水的質量減去氧元素的質量就是氫元素的質量，故而可求出氫氧元素的質量比；物質的組成是一定的，水中氫氧元素的質量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，水中氫氧元素的質量比是不變的；
若缺少裝置A，氧元素的測定取決于B裝置，氫元素的質量據C判斷，由于鋅和硫酸反應會有部分水蒸氣進入C，所以水的質量增加，氧元素不變，則測出的氫元素的質量會偏大，從而使氫、氧元素的質量比變小．

解答：解：（1）儀器a是兩端開口的玻璃管；
（2）實驗時先通氫氣后加熱的目的是：除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸，驗證該步驟目的達到的實驗方法是收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音，若聽到‘噗’的一聲，說明空氣已排盡；
（3）氧化鐵與氫氣在加熱的條件下反應生成鐵和水，氧化鐵是紅色粉末，鐵粉是黑色粉末，所以會在B處觀察到紅色粉末變為黑色；
（4）觀察裝置，實驗結束先停止加熱，待裝置B冷卻至室溫再停止通氫氣，是為了防止溫度降低，C中液體被倒吸入B中；
（5）B裝置中減少的質量即為氧化鐵中氧元素的質量，即86.3g-83.9g=2.4g
則氧化鐵的質量為：2.4g÷

16×3

56×2+16×3

×100%=8g
∴樣品中氧化鐵的質量分數為：

8g

12g

×100%≈66.7%；
答：樣品中氧化鐵的質量分數為66.7%；
（6）由（5）可知氧化鐵中氧元素的質量即是水中氧元素的質量，即2.4g，C裝置中增加的質量為水的質量，水由氫元素和氧元素組成，故水的質量減去氧元素的質量就是氫元素的質量，即（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g），故氫元素和氧元素的質量比為：【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；
因為物質的組成是一定的，水中氫氧元素的質量比是一定的，故即使玻璃管中的氧化鐵沒有完全反應，水中氫氧元素的質量比是不變的；
若缺少裝置A，氧元素的測定取決于B裝置，氫元素的質量據C判斷，由于鋅和硫酸反應會有部分水蒸氣進入C，所以水的質量增加，氧元素不變，則測出的氫元素的質量會偏大，從而使氫、氧元素的質量比變大；
故答案為：（1）玻璃管；
（2）除去裝置內的氧氣，防止發生爆炸；收集尾氣靠近燃著的酒精燈，聽聲音；
（3）紅色粉末變為黑色；
（4）防止溫度降低，C中液體被倒吸入B中；
（5）66.7%；
（6）【（286.9g-284.2g）-（86.3g-83.9g）】：（86.3g-83.9g）；不變；偏大．

點評：本題考查知識綜合而全面，能很好的考查知識的運用及實驗分析的能力．根據所給的實驗數據分析，B裝置減少的質量是氧元素的質量，C裝置增加的質量是反應生成的水的質量，這是解決本題的關鍵．