Question

【題目】下圖是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書，小王等同學閱讀了使用說明后，對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣，和同學們一起進行了實驗探究。

（1）【初步探究成分及發(fā)熱原理】
【提出問題】“暖寶寶”為什么能發(fā)熱？
【做出猜想】“暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉氧化（即生銹）的過程。
【設計實驗】

	實驗操作	實驗現(xiàn)象	解釋或結論
步驟1	取A、B兩袋“暖寶寶”，將A袋按使用說明打開外袋取出內袋；而B袋不打開外袋。并將兩袋樣品放置在同樣的環(huán)境中。	A袋的“暖寶寶”溫度很快上升；B袋溫度。	“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內物質與接觸。
步驟2	24小時后，分別剪開A、B兩袋，各取少量袋內物質于兩支試管中，分別加入適量稀鹽酸。	A袋內物質部分溶解，產(chǎn)生黃色溶液；B袋內物質。	用化學方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應
【得出結論】 “暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉發(fā)生氧化（生銹）的過程。

【繼續(xù)探究】小王和同學們想繼續(xù)探究“暖寶寶”發(fā)熱后，剩余物質中是否還含有活性炭，他們取適量A袋內物質于燒杯內，加入過量 ， 充分反應后過濾，洗滌、干燥濾渣。
為進一步驗證黑色濾渣的成分，小王和小李同學分別設計了甲、乙兩個如圖所示的裝置，點燃濾渣，用澄清石灰水驗證產(chǎn)物，你認為圖的裝置結論更可靠，理由是。

同學們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程，從原料角度分析“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因為：
①鐵呈粉末狀，活性炭有吸附性，促使鐵能與氧氣、水等反應更快；②；
（2）【測定“暖寶寶”中的含鐵量】
取一片包裝完好的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內物質立即進行實驗。
【實驗方法】 取樣品m g，利用如圖丙所示裝置與藥品，測反應后生成氣體的體積。

【實驗步驟】① 連接儀器，；
② 將實驗所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管初始刻度；
③ 打開分液漏斗活塞，加入足量稀硫酸至不再有氣泡冒出。在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管（填“上提”或“下移”）；
④ 等恢復至室溫，并后，再次記錄量氣管刻度。
（3）【數(shù)據(jù)處理】
若實驗條件下，氫氣的密度為d g/mL，測得氫氣體積為v mL。則該“暖寶寶”中鐵粉的質量分數(shù)的表達式為。（用含dvm的字母表示）
（4）【交流討論】利用丙裝置，即使操作無失誤，測量結果仍會偏大，原因是_，
小王重新設計了一個如圖丁的實驗裝置，利用該裝置實驗時，在氣密性良好的前提下，如果往錐形瓶中注入的稀硫酸體積為V1 mL，充分反應后，右側針筒中氣體變化的讀數(shù)為V2 mL，則反應生成的氫氣的體積為_ mL。
（5）【測定“暖寶寶”中的氧化鐵的含量】
小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”，剪開包裝，取10g袋內物質立即進行實驗。
【查閱資料】① 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O ② Fe + 2 FeCl3 = 3 FeCl2
③ 在HCl和FeCl3的混合溶液中Fe先與FeCl3反應
【實驗記錄】

【實驗結論】①寫出產(chǎn)生氣體的化學方程式___
②經(jīng)該實驗測定，該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 _ 。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】
（1）無明顯變化,O2 （或空氣）,部分溶解,有氣泡產(chǎn)生,淺綠色溶液,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,稀鹽酸或稀硫酸,甲,乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實驗,氯化鈉能加快鐵生銹
（2）檢查裝置氣密性,下移,調節(jié)量氣管與水準管兩邊液面相平
（3） ×100%
（4）滴入燒瓶內的稀硫酸占一定體積,V2—V1
（5）Fe+2HCl=FeCl2+H2↑,16%
【解析】【設計實驗】A袋中的物質與空氣接觸，只有鐵常溫能與氧氣反應放出熱量，生成鐵銹（主要成分是Fe2O3），F(xiàn)e2O3與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水，氯化鐵的溶液呈黃色，發(fā)生反應的化學方程式為：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；B袋沒有打開外袋，鐵粉沒有與氧氣接觸，不能發(fā)生緩慢氧化，故溫度無明顯變化，加入鹽酸，鐵與稀鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，氯化亞鐵的溶液呈淺綠色；

【繼續(xù)探究】根據(jù)鐵與鹽酸反應，活性炭和鹽酸不反應的原理，加入過量的稀鹽酸除去鐵粉；根據(jù)活性炭燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳，可用澄清的石灰水檢驗二氧化碳的產(chǎn)生，乙圖中酒精燃燒也會產(chǎn)生二氧化碳會干擾實驗結果，故甲裝置圖得出的結論更可靠；①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水；②氯化鈉也是促進鐵粉生銹的因素之一，即氯化鈉能加快鐵生銹；①實驗開始前必須先檢查裝置的氣密性；③在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管下移，減小燒瓶和量氣管內的壓強；④根據(jù)連通器的原理可以知道，為了使實驗結果準確，應該移動調節(jié)水準管和量氣管中的液面相平后才能讀數(shù)；【數(shù)據(jù)處理】

解：設鐵粉的質量為X

Fe+2HCl=FeCl2+	H2↑
56	2
x	dv

= ， 解得：X=28dv

鐵的質量分數(shù)為： ×100%；

【交流討論】

丙裝置加入的硫酸占據(jù)了一定的空間，使測得的氣體的體積偏大，從而使得測定結果偏高；使用丁裝置產(chǎn)生氣體的體積應該等于注射器內氣體的體積減去滴加的硫酸的體積，即反應生成的氫氣的體積為V2—V1mL；

【實驗結論】

混合物中的鐵與稀鹽酸反應生成氯化亞鐵的同時得到氫氣，發(fā)生反應的化學方程式為：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；

設生成0.2g氫氣參加反應鐵粉的質量為x

Fe+2HCl=FeCl2+	H2↑
56	2
x	0.2g

則 = 解得：x=5.6g，

根據(jù)反應流程可知碳粉的質量為1.9g，10.4g紅棕色粉末為Fe2O3，則未氧化變質前Fe粉的質量為：10.4g× ×100%=7.28g，則剩余鐵元素的質量為7.28g-5.6g=1.68g，這1.68g的鐵元素發(fā)生了以下反應Fe+2FeCl3=3FeCl2，即鐵單質與氯化鐵中鐵元素的質量比是1︰2，則參加反應鐵單質的質量為1.68g× =0.56g，則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質的質量為5.6g+0.56g=6.16g；氧化鐵中鐵元素的質量為7.28g-6.16g=1.12g，則對應氧化鐵的質量為1.12g÷（ ×100%）=1.6g，故該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 =16%。
所以答案是：無明顯變化；O2 （或空氣）；部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，淺綠色溶液；Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；稀鹽酸或稀硫酸；甲；乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實驗；氯化鈉能加快鐵生銹；檢查裝置氣密性；下移；調節(jié)量氣管與水準管兩邊液面相平；；滴入燒瓶內的稀硫酸占一定體積；V2—V1；Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；16%。