各装置的作用如下:
左侧装置:A试管用于Fe和H2O反应生成H2,B中装水加热提供水蒸气,水蒸气经由导管进入A中与普通Fe反应,生成的H2从上面的长导管到处到C,再到D收集。
右侧装置:I中加盐酸与锌用来制取H2,G用来除去H2中混有的HCl,E中H2与Fe3O4反应生成H2O与引火铁。
具体分析:
首先做这道题之前必须要知道书上给的一个典型反应:3Fe+4H2O=(高温)=Fe3O4+4H2,根据题干第一句话所给的条件可以确定本实验包含这一主要反应。又根据它给出的本实验中的另一个要求,即制取“引火铁”推测书上介绍的反应的可逆反应,即Fe3O4和H2在高温下反应生成水和引火铁。
然后.仔细观察两套实验装置,可发现左边装置有用排水法收集反应生成气体的D试管,而这两个反应中明显是第一个反应会生成氢气,由此确认左边装置为制取铁的氧化物和氢气,而右边装置用于制取“引火铁”,这是本题解题的突破口。最后读题时要注意到盐酸比较浓,肯定需要除HCL
接下来是逐个分析装置,先看左边的,左边装置发生的反应所需要的条件是高温,反应物是固-气,根据这两个条件推测左边的容器中反应容器为A试管。因为这里能加热的仪器只有两个烧瓶与试管,如果是B做反应容器,内装铁粉,那么无法供应水蒸气,因为如果在C中加水,那么加热C让水蒸气溢出要经过A试管,多此一举,而且B中生成的H2也要经过A试管,又与水蒸气混合了,这很明显不合理;而A试管中装水供应水蒸气就更不可能了,试管是向下倾斜的。如果是C做反应容器,B中装水供应水蒸气,那么同理水蒸气又要经过A试管,不合理。所以正确的反应容器只可能是A,接下来是确定B和C哪个容器中装水供应水蒸气,很明显这里是B,因为C和收集装置直接相连,如果C用来提供水蒸气,那么氢气无法收集。
对于右面的装置要简单很多,因为第二个反应需要氢气,题中又给了盐酸,很明显H是固液反应制取氢气用的,很自然G就是用来除去HCl气体的,E试管就是用来做反应容器的了。
以下是标准答案和解析:
[答案] (1)普通铁粉;作为水蒸气发生器;防止水倒吸;氢气。
(2)固体NaOH(或碱石灰、CaO等碱性固体干燥剂;6mol•L-1HCl)
(3)A、B、E
(4)加快氢气产生的速度
(5)
(6)检验氢气的纯度;点燃氢气
(1)A中应加入普通铁粉,B是作为水蒸气发生器,因反应产生的H2可能不连续,C瓶为防止水槽中的水倒吸而作缓冲瓶(较难),D中收集到的是H2。
(2)右边的装置气流是从右到左,烧瓶I和分液漏斗H的组合一定是H2发生装置,所用试剂自然是普通铁粉和6mol、L-1 盐酸,所以制得的H2中含有HCl气体和H2O(气),在制取“引火铁”之前必须净化、干燥,由此U形管G中应加入固体碱性干燥剂NaOH或碱石灰。
(3)根据题给两个反应的条件都是“高温”和要制取水蒸气的要求,可知实验时需要加热的仪器为A、B、E。
.(4)联想到课本习题(《化学选修第三册》P62第4题),在Zn和稀H2SO4反应制取H2时加入少量CuSO4溶液能使制取H2的反应加快,可知,在I中加入少量CuSO4溶液,其目的是加快H2的生成速度,原因是形成了无数微小的Fe-Cu原电池,加快了反应(析氢腐蚀)的进行。
(5) 试管E中的反应自然是制取“引火铁”的反应。其关键在于反应物是Fe3O4而不是铁的其它氧化物。
(6)结合初中H2还原CuO的实验可知,H2在加热或点燃前一定要先验纯,所不同的是,本实验还要尽可能避免空气进入试管E,使制取的高活性的“引火铁”受热燃烧、所以要加带导管F的橡皮塞。此外E管反应后,为了防止F出口处的水蒸气凝结,堵塞出气口或回流到试管E将其炸裂,因此E管反应后,F出口处应点燃H2。
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