Question

草酸亚铁晶体(FeC₂O₄﹒2H₂O)是一种浅黄色固体，难溶于水，受热易分解，是生产锂电池的原材料。某化学兴趣小组设计实验验证草酸亚铁热分解的气体产物，并用热重法（TG）确定其分解后固体产物的组成。探究过程如下：

【查阅资料】

1. 草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H₂O、CO、CO₂

2. 白色的无水CuSO₄遇水蒸气会变成蓝色

【实验设计】

（1）从环保角度考虑，该套实验装置的明显缺陷是          。

（2）可选择以下实验装置中的      (选填：“甲”或“乙”)作为虚线中的“热分解装置”。

【问题讨论】

（3）D中浓硫酸的作用是        ，实验过程中观察到B中白色无水CuSO₄变成蓝色，C中澄清石灰水变浑浊，E中            （填实验现象），则可证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H₂O、CO₂、CO。

（4）该兴趣小组进行上述实验时，先点燃热分解装置中的酒精灯，一段时间后再点燃E处的酒精灯，原因是                                              。

（5）若通过F装置中澄清石灰水变浑浊来证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物中有CO，则需在C和D装置之间增加盛有      (填物质的名称或化学式)溶液的洗气瓶。

【数据分析】

（6）称取3.60g草酸亚铁晶体(FeC₂O₄﹒2H₂O，相对分子质量180)用热重法对其进行热分解，得到剩余固体的质量随温度变化的曲线如下图所示，请分析该图回答下列问题：

①过程Ⅰ发生反应的化学方程式为                                。

②3000℃时剩余固体只有一种且是铁的氧化物，试通过计算确定该氧化物的化学式或名称          。（请写出计算过程）

Answer

（1）未进行尾气处理   （2）乙   （3）干燥气体    黑色固体变成红色

（4）将装置中的空气排尽，防止CO和空气的混合气体受热爆炸    （5）NaOH

（6）①FeC2O4▪2H2OFe C2O4+2H2O↑  

②Fe2O3(或氧化铁)

【解析】
m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

【解析】

试题分析：（1）草酸亚铁晶体热分解的气体产物是H2O、CO、CO2，其中一氧化碳气体如排放到空气中会造成空气污染，所以该装置应在最后加上尾气处理装置。

（2）草酸亚铁晶体是固体，所以加热时试管口向略向下倾斜以防止产生的水倒流回试管底部引起试管的炸裂。因此应选乙装置作用热分解装置。

（3）装置B的作用是检验生成的物质中是否有水，装置C的作用是检验生成物中是否有二氧化碳。装置D中的浓硫酸的作用是将气体进行干燥，以防水蒸气影响后面的反应。

（4）先点燃热分解装置中的酒精灯，一段时间后再点燃E处的酒精灯。是为了利用生成的气体将装置内的空气排出，以防止形成一氧化碳与空气的混合气体在加热时发生爆炸。

（5）若通过F装置中澄清石灰水变浑浊来证明草酸亚铁晶体热分解的气体产物中有CO，则需要将固体分解生成的二氧化碳全部除去。因此需要在C（验证生成的气体中有二氧化碳）和D装置之间增加盛有氢氧化钠溶液的洗气瓶。

（6）①从图中可知在过程Ⅰ中固体的质量减少值为0.72g。这是晶体中所含结晶水的质量。

3.60g草酸亚铁晶体(FeC2O4﹒2H2O)含结晶水的质量为：3.60g×（×100%）=0.72g

所以过程Ⅰ发生的反应为：FeC2O4▪2H2O △Fe C2O4+2H2O↑

②已知剩余固体的质量为1.60g，且是铁的氧化物。求该氧化物的化学式。可先根据铁元素在草酸亚铁晶体中的质量分数求出铁元素的质量，再利用铁和氧元素在氧化物中的质量进行求解。具体解题过程如下：

【解析】
m(Fe)= 3.60g×= 1.12g

m(O)= 1.60g－1.12g＝0.48g

考点：科学探究、根据的计算