Question

草酸亚铁晶体是一种淡黄色晶体粉末，常用于照相显影剂及制药工业，是电池材料的制备原料．

草酸亚铁晶体受热分解可以生成四种氧化物，为确定分解后的产物及x的值，某实验小组设计了如下实验装置并进行探究（酒精灯略去，不考虑装置中气体的质量，且无水CuSO₄足量）：

【实验步骤】：
①连接好装置，______；
②称量装置B（含两侧弹簧夹）、C的质量；
③在热分解装置中装入一定质量的草酸亚铁晶体，打开弹簧夹a、b，鼓入一段时间氮气；
④______，用酒精灯加热热分解装置，直至晶体完全变成黑色，停止加热；
⑤打开弹簧夹a，继续通氮气至装置冷却，关闭弹簧夹a、b；
⑥再次称量装置B、C的质量．
【进行实验】：该小组同学按上述实验步骤进行实验，并记录了如下数据：

	装置B的质量（/g）	装置C的质量（/g）
实验前	145.8	168.2
实验后	140.4	170.0
热分解装置质量为136.8g

【实验分析及数据处理】：
（1）实验过程中，装置C中固体颜色变为蓝色，说明草酸亚铁晶体分解生成了______，FeC₂O₄•xH₂O中x的值为______；
（2）装置E出现黑色物质，说明草酸亚铁晶体分解生成了______；
（3）装置C中澄清石灰水变浑浊，说明草酸亚铁晶体分解生成了______；
（4）根据上表数据，计算反应后，热解装置中残留黑色物质的化学式；（提示：相对分子质量分别为FeC₂O₄：144； H₂O：18）
______；
（5）实验过程中，鼓入氮气的目的是______；
（6）实验后，热解装置中固体的颜色由淡黄色变成黑色，写出草酸亚铁晶体受热分解的化学方程式______；
【反思应用】：
（7）有同学认为，实验中生成的CO和铁的氧化物会继续反应生成铁．你认为这种说法是否正确？请说出可能的理由______；
（8）经过讨论，同学们一致认为上述实验装置有不足，你认为是什么？______；
（9）某些食品的包装袋中，常用氧化亚铁作为防伪试剂，一旦包装打开，立即变成红棕色，写出该反应的化学方程式______．

Answer

【实验步骤】：运用气体的制取和题中实验装置的用途和气流的方向解答．
【实验分析及数据处理】：
（1）运用无水硫酸铜遇到水变蓝的性质和题中记录的实验数据结合化学式的计算解答．
（2）运用一氧化碳能与氯化钯溶液反应生成黑色的物质解答．
（3）运用二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊解答．
（4）运用根据化学式计算组成元素的质量比解答．
（5）运用装置A和后面的装置的实验目的解答．
（6）运用化学方程式的书写方法解答．
（7）运用一氧化碳还原铁的氧化物所需的温度和酒精灯加热的最高温度解答．
（8）运用一氧化碳的毒性从环保的角度解答．
（9）运用题中信息和化学方程式的书写解答．
【解析】
【实验步骤】：从实验装置图分析可知B是草酸亚铁受热分解的装置，根据实验中气流的方向和基本操作，故答案：①检查气密性    ④关闭弹簧夹a
【实验分析及数据处理】：
（1）无水硫酸铜遇水变蓝色结合实验中装置C中的无水硫酸铜变蓝色，装置C增加的质量既是草酸亚铁中水的质量为分解后生成水的质量：170.0g-168.2g=1.8g，草酸亚铁晶体的质量为145.8g-136.8g=9.0g，9g草酸亚铁晶体中FeC2O4的质量为9.0g-1.8g=7.2g，即56+12×2+16×4：18x=7.2：1.8，x=2故（1）答案：水    2    
（2）一氧化碳能与氯化钯溶液反应生成黑色的物质，故（2）答案：CO    
（3）二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，故（3）答案：CO2
（4）根据表中数据可得热分解装置中草酸亚铁晶体的质量为145.8g-136.8g=9.0g，分解后生成水的质量为170.0g-168.2g=1.8g，则草酸亚铁晶体中FeC2O4的质量为9.0g-1.8g=7.2g，
则其中Fe元素质量为
7.2g××100%=2.8g   …（1分）
又∵热分解装置中剩余黑色固体质量为140.4g-136.8g=3.6g，
∴剩余物中氧元素质量为3.6g-2.8g=0.8g  …（1分）
设此黑色物质的化学式为FeaOb，则
得       
∴热解装置中残留黑色物质的化学式为FeO
故（4）答案：FeO
（5）A在B草酸亚铁加热分解得装置前，故（5）答案：排尽装置中的空气，以免黑色的残留物（或FeO）被氧化
（6）草酸亚铁晶体受热分解可以生成四种氧化物：FeO、CO2、CO、H2O，故（6）答案：
FeC2O4•2H2O FeO+CO2↑+CO↑+2H2O
【反思应用】：
（7）酒精灯加热的最高温度，氧化亚铁被一氧化碳还原的温度是710℃，故（7）答案：不正确，因为温度达不到工业炼铁所需的高温，所以不能相互反应生成Fe；
（8）一氧化碳有毒不能直接排入空气中，故（8）答案：没有尾气处理装置，会造成CO污染空气；
（9）氧化铁是红棕色固体，故（9）答案：4FeO+O2═2Fe2O3