7. 新素养 科学探究与实践 某化学研究小组针对CO还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$的实验设计了如图实验装置。
实验说明:利用“水量法”,事先测算出装置D左边所有装置的容积为130 mL,并在装满足量澄清石灰水的集气瓶外侧表面划线标出容积为130 mL所在位置。
(1) 装置A中加热方式的优点是
受热均匀,便于控制加热温度
,装置A中制备CO的化学方程式为
$\ce{HCOOH\xlongequal[80℃]{浓硫酸}CO\uparrow + H_{2}O}$
(浓硫酸在该反应中的作用是催化剂和脱水剂)。
(2) 装置B中发生反应的化学方程式为
$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
。
(3) 装置C的作用是
安全瓶(或防止D中的液体倒吸入B中)
。
(4) 请结合装置D中的现象说明应何时点燃装置B处的酒精灯:
当D中液面下降到集气瓶外侧表面标出的130 mL所在位置时
。
(5) 装置D中发生反应的化学方程式为
$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
。
(6) 实验结束后,称得装置B处固体的质量为0.248 g;将装置D、E中的悬浊液合并,过滤、洗涤、干燥,得到白色沉淀的质量为0.600 g。产生此结果的原因可能是
AC
(填字母)。
A. CO没有将$\ce{Fe_{2}O_{3}}$充分还原
B. 装置D、E中得到的白色沉淀没有充分干燥
C. 反应产生的二氧化碳没有被澄清石灰水完全吸收
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答案：(1) 受热均匀,便于控制加热温度 $\ce{HCOOH\xlongequal[80℃]{浓硫酸}CO\uparrow + H_{2}O}$
(2) $\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
(3) 安全瓶(或防止D中的液体倒吸入B中)
(4) 当D中液面下降到集气瓶外侧表面标出的130 mL所在位置时
(5) $\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
(6) AC
解析:(6) 设生成0.600 g白色沉淀需要二氧化碳的质量为$ x $,则:
$\ce{CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O}$
44 100
$x$ 0.600 g
$\dfrac{44}{100}=\dfrac{x}{0.600\ \mathrm{g}}$ $x=0.264\ \mathrm{g}$
设生成0.264 g二氧化碳的同时,还会生成铁的质量为$ y $,则:
$\ce{Fe_{2}O_{3} + 3CO\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
112 132
$y$ 0.264 g
$\dfrac{112}{132}=\dfrac{y}{0.264\ \mathrm{g}}$ $y=0.224\ \mathrm{g}$
因为$ 0.224\ \mathrm{g}＜0.248\ \mathrm{g} $,所以产生此结果的原因可能是CO没有将$\ce{Fe_{2}O_{3}}$充分还原或反应产生的二氧化碳没有被澄清石灰水完全吸收。故A、C符合题意。
