Question

【題目】某實驗小組模擬高爐煉鐵的化學(xué)反應(yīng)原理設(shè)計了用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖所示：

（提出問題）(1)實驗所用的氧化鐵完全反應(yīng)后，玻璃管中剩余的黑色固體成分。

(2)反應(yīng)后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分。

（查閱資料）

常見鐵和鐵的氧化物	Fe	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態(tài)	黑色粉末	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	能	否	否	能

（探究1）玻璃管中剩余的黑色固體成分。

（初步驗證）玻璃管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引。

實驗小組的同學(xué)一致認(rèn)為，黑色固體不可能是FeO和Fe2O3，理由是______。

（作出猜想）黑色固體可能：a．全部是Fe；b．全部是Fe3O4；c．_______。

（設(shè)計實驗）為確定黑色固體的成分，同學(xué)們設(shè)計了下列實驗方案，請你一起參與探究活動。

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入_______	______	黑色固體全部是Fe3O4

（探究2）反應(yīng)后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分。寫出B裝置中NaOH發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______

（作出猜想）猜想一：溶質(zhì)是Na2CO3；猜想二：溶質(zhì)是_______；

（設(shè)計實驗）

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
(1)取少量溶液于試管中，加入__________；	產(chǎn)生白色沉淀	該反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________
(2)將(1)反應(yīng)后的混合物過濾，取濾液加入________	___________	猜想一成立

（反思與交流）(1)B裝置除了吸收CO2氣體外，還有的作用是______；

(2)為了避免加熱玻璃管時可能發(fā)生爆炸，在加熱前應(yīng)________。

Answer 1

【答案】 FeO、Fe2O3不能被磁鐵吸引 Fe和Fe3O4的混合物 稀鹽酸/稀硫酸 沒有氣泡產(chǎn)生 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O NaOH和Na2CO3 過量的CaCl2溶液 CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl 無色酚酞試液 溶液不變紅 收集多余的CO，防止污染大氣 先通CO，排盡裝置內(nèi)的空氣

【解析】本題考查了一氧化碳還原氧化鐵后剩余固體成份的探究，金屬、堿、鹽的性質(zhì)。掌握鐵和鐵的氧化物的性質(zhì)以及尾氣的處理等知識點是解答的基礎(chǔ)。

探究1：初步驗證：根據(jù)表格中信息可知FeO和Fe2O3不能被磁鐵吸引，實驗中黑色粉末能被磁鐵全部吸引，說明不含這兩種物質(zhì)；

作出猜想：根據(jù)剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物，所以猜想c是Fe和Fe3O4的混合物；

設(shè)計實驗：若黑色固體全部是Fe3O4，黑色固體中沒有鐵，加入稀鹽酸（或稀硫酸）沒有氣泡產(chǎn)生；

探究2：一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下生成鐵與二氧化碳。氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

作出猜想：氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水。如完全反應(yīng)溶液中的溶質(zhì)只有Na2CO3，氫氧化鈉溶液如沒有完全反應(yīng)，則溶液中的溶質(zhì)有NaOH和Na2CO3兩種，所以猜想二的溶質(zhì)是NaOH和Na2CO3；

設(shè)計實驗：碳酸鈉能和氯化鈣反應(yīng)生成白色沉淀，反應(yīng)后溶液顯中性；如加入氯化鈣后溶液仍顯堿性，說明原溶液中除了碳酸鈉溶質(zhì)外還含有氫氧化鈉，檢驗溶液顯堿性常用無色酚酞溶液，能使無色酚酞溶液變紅，說明溶液顯堿性；因此：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
(1)取少量溶液于試管中，加入過量的CaCl2溶液；	產(chǎn)生白色沉淀	該反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
(2)將(1)反應(yīng)后的混合物過濾，取濾液加入無色酚酞試液	溶液不變紅	猜想一成立

反思與交流：（1）根據(jù)尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進行處理，所以裝置B除了吸收二氧化碳外還有收集多余的CO，防止污染大氣；

（2）一氧化碳與空氣混合有發(fā)生爆炸的危險，實驗前要先通CO，排盡裝置內(nèi)的空氣再進行加熱。