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实验室怎样制取“引火铁”

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例1.在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应,可得到铁的氧化物。该氧化物又可以经过此反应的逆反应,生成颗粒很细的铁粉,这种铁粉具有很高的反应活性,在空气中受撞击或受热时会燃烧,所以俗称“引火铁”。请分别用图1所示的两套仪器装置,制取上述铁氧化物和“引火铁”。实验中必须使用普通铁粉和6mol·L-1盐酸,其他试剂自选(装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热等在图中均已略去)。

  

  填写下列空白:

  (1)实验进行时,试管A中应加入的试剂是______________,烧瓶B的作用是___________,烧瓶C的作用是_________,在试管D中收集到的气体是_______________。

  (2)实验时,U形管G中应加入的试剂是______________,长颈漏斗H中应加入_______________。

  (3)两套装置中,在实验时需要加热的仪器是(填对应仪器的字母)___________________。

  (4)烧瓶I中发生的反应有时要加入少量硫酸铜溶液,其目的是_________________。

  (5)试管E中发生反应的化学方程式是____________________。

  (6)为了安全,在E管中的反应发生前,在F出口处须_______,E管中的反应开始后,在F出口处应________。

  分析与解答:

  本题是一信息给予题。本题还有一特点,是给出的实验装置不完整,也未指明仪器中所加的试剂,这就为本题的解答增大了难度。因此需要利用信息观察、全面分析,整体思维,逻辑推理,得出合理的结论。

  (1)题干中所给信息,是一套制取铁的氧化物装置和一套制取“引火铁”的装置。从图1左图用排水法收集气体,可推知是制取氧化铁的装置。因为反应中生成难溶于水的H2,所以左图B是水蒸气发生器,C是安全瓶或缓冲瓶。若将C当做水蒸气发生器,因为A、B端无出口,则A中无水蒸气进入,D中也收集不到H2。

  (2)右图是H2和铁的氧化物反应制取“引火铁”的装置,右图I是H2发生器,用锌粒和6mol·L-1盐酸反应,为了加速产生H2的反应速率,而加入少量硫酸铜溶液,这是利用原电池的原理,铜作原电池的正极,锌作原电池的负极,从而加快反应速率。

  (3)在E试管加热之前必须检验H2的纯度,若H2中混有空气,当达到爆炸极限时,则会发生爆炸。检验H2纯度时,用试管在F口处收集H2,再进行检验。

  制得的H2必须干燥,否则还原出来的铁又会跟水蒸气反应,生成铁的氧化物。因此在H2发生装置与还原铁的氧化物之间加一个干燥装置“U形管”,U形管内可盛碱石灰、氧化钙或固体NaOH,它既可干燥H2,又可除去混在H2中的氯化氢气体。

  (4)纯净的H2在E管内还原Fe3O4,未参加反应的H2从F口排出,并将它点燃。

  答案:

  (1)普通铁粉(铁粉);B作水蒸气发生器;C作安全瓶,防止水倒吸;H2。

  (2)碱石灰或氧化钙或固体NaOH;6mol·L-1HCl。

  (3)A、B、E

  (4)加快产生氢气的反应速率。

  (5)Fe3O4+4H2 3Fe+4H2O

  (6)检验氢气的纯度;点燃氢气。

这是找来的,希望有帮助