7. 下图是某化学学习小组设计的用CO还原氧化铁的实验装置,请回答下列问题。
(1) 实验进行一段时间后,甲装置中出现的主要现象为
(2) 乙装置的作用是
(3) 有同学提议,丙装置中应该设置一条“安全线”,当集气瓶中液面降低至“安全线”以下才能点燃酒精灯,理由是
(4) 有同学提出,反应结束后产生的黑色粉末中可能含有$\ce{Fe_{3}O_{4}}$(已知$\ce{Fe}$与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应生成$\ce{Cu}$和$\ce{FeSO_{4}}$,$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应)。为验证黑色粉末的成分,取少量样品于试管中,加入过量$\ce{CuSO_{4}}$溶液,充分反应,能证明黑色粉末中含$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的现象是
(1) 实验进行一段时间后,甲装置中出现的主要现象为
红棕色固体变黑
,反应的化学方程式为3CO+Fe₂O₃$\stackrel{高温}{=\!=\!=}$2Fe+3CO₂
。(2) 乙装置的作用是
作为安全瓶，防止倒吸；收集CO，防止污染环境
。(3) 有同学提议,丙装置中应该设置一条“安全线”,当集气瓶中液面降低至“安全线”以下才能点燃酒精灯,理由是
排尽空气，防止加热时爆炸
。(4) 有同学提出,反应结束后产生的黑色粉末中可能含有$\ce{Fe_{3}O_{4}}$(已知$\ce{Fe}$与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应生成$\ce{Cu}$和$\ce{FeSO_{4}}$,$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应)。为验证黑色粉末的成分,取少量样品于试管中,加入过量$\ce{CuSO_{4}}$溶液,充分反应,能证明黑色粉末中含$\ce{Fe}$和$\ce{Fe_{3}O_{4}}$的现象是
黑色粉末部分变红
。答案：7. (1) 红棕色固体变黑 3CO+Fe₂O₃$\stackrel{高温}{=\!=\!=}$2Fe+3CO₂ (2) 作为安全瓶，防止倒吸；收集CO，防止污染环境 (3) 排尽空气，防止加热时爆炸 (4) 黑色粉末部分变红
解析：
【分析】
本题围绕CO还原氧化铁的实验展开，需结合实验原理、装置作用、实验安全及物质性质逐一分析各问题：
1. 甲装置中CO在高温下还原红棕色的$\ce{Fe_{2}O_{3}}$生成黑色的Fe，对应现象和反应式；
2. 乙装置连接在甲和丙之间，需考虑防倒吸和收集有毒的CO；
3. 安全线的设置是为了确保装置内空气排尽，避免加热时爆炸；
4. 利用Fe与$\ce{CuSO_{4}}$反应生成红色Cu、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不反应的性质，判断黑色粉末成分的现象。
【解析】
(1) CO在高温下还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$，红棕色的$\ce{Fe_{2}O_{3}}$被还原为黑色的Fe，因此甲中现象为红棕色固体变黑；反应的化学方程式为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$。
(2) 乙装置作为缓冲结构，可防止丙中澄清石灰水倒吸进入热的甲装置，避免玻璃管因骤冷炸裂；同时，未反应的CO不溶于澄清石灰水，会在乙中聚集，起到收集CO、防止其排放到空气中污染环境的作用。
(3) 点燃酒精灯前需先通入CO排尽装置内的空气，防止CO与空气混合后加热时发生爆炸；当集气瓶中液面降低至安全线以下时，说明装置内空气已被完全排尽，此时可安全点燃酒精灯。
(4) Fe能与$\ce{CuSO_{4}}$溶液发生置换反应生成红色的Cu，而$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应，因此加入过量$\ce{CuSO_{4}}$溶液后，黑色粉末中的Fe反应生成红色Cu，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$保持黑色，现象为黑色粉末部分变红。
【答案】
(1) 红棕色固体变黑；$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
(2) 作为安全瓶，防止倒吸；收集CO，防止污染环境
(3) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
(4) 黑色粉末部分变红
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；化学方程式书写；实验装置的作用
【点评】
本题是初中化学核心实验——CO还原氧化铁的综合考查，涵盖实验现象、装置功能、实验安全及物质检验，需掌握实验原理、操作要点和物质的性质，是实验类题目的典型题型。
【难度系数】
0.5
本题围绕CO还原氧化铁的实验展开，需结合实验原理、装置作用、实验安全及物质性质逐一分析各问题：
1. 甲装置中CO在高温下还原红棕色的$\ce{Fe_{2}O_{3}}$生成黑色的Fe，对应现象和反应式；
2. 乙装置连接在甲和丙之间，需考虑防倒吸和收集有毒的CO；
3. 安全线的设置是为了确保装置内空气排尽，避免加热时爆炸；
4. 利用Fe与$\ce{CuSO_{4}}$反应生成红色Cu、$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不反应的性质，判断黑色粉末成分的现象。
【解析】
(1) CO在高温下还原$\ce{Fe_{2}O_{3}}$，红棕色的$\ce{Fe_{2}O_{3}}$被还原为黑色的Fe，因此甲中现象为红棕色固体变黑；反应的化学方程式为$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$。
(2) 乙装置作为缓冲结构，可防止丙中澄清石灰水倒吸进入热的甲装置，避免玻璃管因骤冷炸裂；同时，未反应的CO不溶于澄清石灰水，会在乙中聚集，起到收集CO、防止其排放到空气中污染环境的作用。
(3) 点燃酒精灯前需先通入CO排尽装置内的空气，防止CO与空气混合后加热时发生爆炸；当集气瓶中液面降低至安全线以下时，说明装置内空气已被完全排尽，此时可安全点燃酒精灯。
(4) Fe能与$\ce{CuSO_{4}}$溶液发生置换反应生成红色的Cu，而$\ce{Fe_{3}O_{4}}$不与$\ce{CuSO_{4}}$溶液反应，因此加入过量$\ce{CuSO_{4}}$溶液后，黑色粉末中的Fe反应生成红色Cu，$\ce{Fe_{3}O_{4}}$保持黑色，现象为黑色粉末部分变红。
【答案】
(1) 红棕色固体变黑；$\ce{3CO + Fe_{2}O_{3}\xlongequal{高温} 2Fe + 3CO_{2}}$
(2) 作为安全瓶，防止倒吸；收集CO，防止污染环境
(3) 排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
(4) 黑色粉末部分变红
【知识点】
一氧化碳还原氧化铁；化学方程式书写；实验装置的作用
【点评】
本题是初中化学核心实验——CO还原氧化铁的综合考查，涵盖实验现象、装置功能、实验安全及物质检验，需掌握实验原理、操作要点和物质的性质，是实验类题目的典型题型。
【难度系数】
0.5