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）高温.CO+H2

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） (高温.)/()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，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）．如图所示实验中，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 1

反应物一种单质、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．故答案为：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：3.6g×(16)/(18)×100%=3.2g；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：6.6g×(16)/(44)×100%=2.4g．该黑色粉末中，氧元素的质量分数为：(3.2g+2.4g)/(22.4g)×100%=25%；四氧化三铁中，氧元素的质量分数为：(64)/(232)×100%≈27.6%，氧化亚铁中，氧元素的质量分数为(16)/(72)×100%≈22.2%．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．