Question

水蒸气通过炽热的焦炭可以得到水煤气（主要成分是CO和H₂），化学方程式为C+H₂O（气）CO+ H₂，该反应是_____反应（填基本反应类型）。某兴趣小组的同学在实验室模拟了水煤气的制备，并设计实验验证水煤气中含有CO和H₂。

（查阅资料）白色的无水硫酸铜遇水会变成蓝色。

（设计实验）甲同学设计的实验装置如下图所示：

写出实验现象：B中固体_____，C中固体变蓝，D中溶液_____。

（改进实验）乙同学认为要想达到实验目的，在装置A、B之间还需增加装置F、G（如图所示），其中F的作用是_____，G的作用是_____。

（拓展探究）CO和H₂的混合气在工业上可用于合成一系列化工原料和新型燃料，还可用于冶炼某些金属。

（1）“绿色化学”能实现零排放（即反应物中的原子利用率达到100%）。根据零排放的要 求，不可能以CO和H₂为原料合成的有机物是_____（填字母）。

A 甲醇（CH₃OH）       B 乙醇（C₂H₅OH）   C 甲醛（CH₂O）       D 乙酸（CH₃COOH）

（2）若用CO和H₂的混合气冶炼铁，混合气所起的作用是_____。铁元素可以形成3种氧化物，分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄ 和FeO（黑色）。下图所示实验中，黑色粉末可能为一种或几种铁的氧化物，充分反应至铁的氧化物全部转化为铁，装置I的增重为3.6g，装置J的增重为6.6g，假设每一步吸收都是完全的，黑色粉末为_____。

Answer

置换 变红 变浑浊 除去水蒸气 检验水蒸气是否已被全部除去 B 将铁从铁矿石中还原出来（或“作还原剂”） Fe3O4和FeO的混合物

【解析】

根据反应的特点来分析；

[设计实验]根据氢气和一氧化碳具有还原性、二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊来分析；

[实验改进]根据反应物水蒸气是否完全参加反应来分析；

[拓展探究]根据质量守恒定律和化合反应的定义和特点判断，主要是利用反应前后原子的种类不变，其数目比保持不变分析判断；

根据CO和H2具有还原性分析在冶炼铁的生产过程中所起的作用；

根据粉末的颜色以及化合物中氧元素的质量分数来分析。

反应物一种是单质、一种是化合物，生成物一种是单质、一种是化合物，符合置换反应的概念，故填：置换。

[设计实验]

当水蒸气通过装置A后，得到了氢气和一氧化碳，两种气体均具有还原性，在加热的条件下能将氧化铜还原为金属铜，故观察到黑色固体慢慢变成红色；一氧化碳与氧化铜反应生成了二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙溶液反应生成碳酸钙白色沉淀和水，所以观察到澄清的石灰水变浑浊；故填：变红；变浑浊。

[改进实验]

一氧化碳与碳可能没有完全反应而有剩余，对后面的实验起到了干扰的作用，所以在装置A、B之间还需增加装置F、G，其中F的作用是除去水蒸气，G的作用是检验水蒸气是否已被全部除去；故填：除去水蒸气；检验水蒸气是否已被全部除去。

[拓展探究]

（1）“绿色化学”能实现零排放，即反应物中的原子利用率达到100%，也就是说反应类型一般是化合反应，且反应后产物中的各原子数目比不变，CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应，可假定反应时的化学计量数之比为m：n，则只要各选项中的化学式能化为形式(CO)m(H2)n，都是正确的。

A、甲醇（CH4O）可变为(CO)1(H2)2，所以正确。

B、乙醇（C2H6O）不能化为形式(CO)m(H2)n，所以错误。

C、甲醛（CH2O）可变为(CO)1(H2)1，所以正确。

D、乙酸（C2H4O2）可变为(CO)2(H2)2，所以正确。故选：B。

（2）合成气（CO和H2）具有还原性，在冶炼铁的生产过程中所起的作用是将铁从矿石中还原出来。故填：将铁从铁矿石中还原出来（或“作还原剂”）。

因为该混合物是黑色粉末，所以其中不含氧化铁，装置I的增重为3.6g，即氢气还原氧化铜生成水的质量为3.6g，其中的氧元素完全来自铁的氧化物，氧元素的质量为：；装置J的增重为6.6g，增重的质量为一氧化碳还原金属氧化物生成的二氧化碳的质量，由于CO--CO2--O，那么来自于铁的氧化物的氧元素的质量为： 。该黑色粉末中，氧元素的质量分数为： ；四氧化三铁中，氧元素的质量分数为： ，氧化亚铁中，氧元素的质量分数为：。因为22.2%<25%<27.6%，所以该黑色粉末是四氧化三铁与氧化亚铁的混合物，故填：Fe3O4和FeO的混合物。