Question

某化學(xué)興趣小組有一次活動的內(nèi)容是：對一包干燥的紅色粉末組成進(jìn)行探究。請你參與并回答有關(guān)問題。

【教師提醒】它由Cu 、Fe₂O₃ 、Fe(OH)₃三種固體中的一種或兩種組成。

【提出猜想】紅色粉末可能的組成有：

①只有Cu                 ②只有Fe₂O₃     

③只有 Fe(OH)₃                        ④是Fe₂O₃ 、Fe(OH)₃的混合物   

⑤是Cu 、Fe₂O₃的混合物    ⑥是Cu 、Fe(OH)₃的混合物

【資料獲悉】（1）2Fe(OH)₃Fe₂O₃ +3H₂O    

（2）白色無水CuSO₄遇水變藍(lán)

（3）Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃＋Cu=2FeCl₂＋CuCl₂

【探究思路】利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以甄別，先分別探究其中是否含有Fe(OH)₃ 、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄍㄟ^實(shí)驗(yàn)探究其組成。

（裝置內(nèi)空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計(jì)）

【實(shí)驗(yàn)探究】

（1）甲同學(xué)取適量紅色粉末裝入試管中，按圖28-1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果無水CuSO₄沒有變藍(lán)，從而排除猜想中的  。（填猜想中的序號）

（2）在甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上，乙同學(xué)另取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色。乙同學(xué)認(rèn)為可以排除猜想中的①和⑤，而丙同學(xué)認(rèn)為只能排除猜想①，你認(rèn)為    的觀點(diǎn)正確（填“乙”或“丙”）。

（3）丁同學(xué)為進(jìn)一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質(zhì)玻璃管中，按圖28-2在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。開始時(shí)緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時(shí)間后再加熱使其充分反應(yīng)。待反應(yīng)完全后，停止加熱，仍繼續(xù)通CO氣體直至玻璃管冷卻。反應(yīng)前后稱量相關(guān)裝置和物質(zhì)的總質(zhì)量，其數(shù)據(jù)如下表：

	反應(yīng)前	反應(yīng)后
Ⅰ組	玻璃管和紅色粉末的總質(zhì)量為37.3 g	玻璃管和固體物質(zhì)的總質(zhì)量為36.1 g
Ⅱ組	洗氣瓶和所盛溶液的總質(zhì)量為180.0 g	洗氣瓶和瓶中物質(zhì)的總質(zhì)量為183.1 g

【交流討論】                       

（1）在裝置A中先通CO氣體的作用是    。

（2）應(yīng)該選擇    組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成。最終計(jì)算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第    組（填序號）。

（3）寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式                        ；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為    。

（4）為了防止溶液倒吸，本實(shí)驗(yàn)停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？    （填“需要”或“不需要”），理由是     。

【反思評價(jià)】 戊同學(xué)指出：從環(huán)保角度，圖28-2裝置有嚴(yán)重不足之處。你認(rèn)為應(yīng)該如何改進(jìn)？    。

【拓展延伸】有同學(xué)提出丁同學(xué)上述實(shí)驗(yàn)中的CO還可以用H₂代替，并將圖28-2中B裝置換成盛有堿石灰(生石灰和氫氧化鈉固體混合物)的干燥管，來確定該紅色粉末的組成，你認(rèn)為是否可行？  （填“可行”或“不可行”）

 

Answer 1

【答案】

【實(shí)驗(yàn)探究】（1）③④⑥    （2）丙 

【交流討論】（1）排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）

(2) Ⅰ   ⑤ （3）3CO + Fe₂O₃        2Fe + 3CO₂    部分紅色粉末變黑

（4）不需要，因?yàn)橐恢蓖ㄈ隒O氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中。

【反思評價(jià)】在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集，或其他合理答案）。

【拓展延伸】可行

【解析】

試題分析：【實(shí)驗(yàn)探究】

（1）根據(jù)資料：“2Fe(OH)₃Fe₂O₃ +3H₂O，白色無水CuSO₄遇水變藍(lán)”；而現(xiàn)在加熱紅色粉末，結(jié)果無水CuSO₄沒有變藍(lán)，從而排除猜想中的含有Fe(OH)₃的選項(xiàng)③④⑥。

（2）根據(jù)資料：“Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂”；而現(xiàn)在取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，即丙同學(xué)的觀點(diǎn)正確；故紅色粉末可能是Fe₂O₃或Cu、Fe₂O₃的混合物。

【交流討論】

（1）由于CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合后受熱，可能會發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱。

（2）少量的澄清石灰水，不能完全吸收反應(yīng)生成的二氧化碳，故第Ⅱ組數(shù)據(jù)，不能用來確定紅色粉末的組成；應(yīng)該選擇第Ⅰ組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成。

根據(jù)A中的反應(yīng)和第Ⅰ組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，反應(yīng)前后固體物質(zhì)的質(zhì)量差，就是反應(yīng)的Fe₂O₃中O元素的質(zhì)量=37.3g-36.1g=1.2g，由此利用氧化鐵中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可求出氧化鐵的質(zhì)量=1.2g÷=4g，而丁同學(xué)稱取的粉末為5.0g，所以還含有Cu，故該紅色粉末的組成是猜想中的第⑤組。

（3）A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為3CO + Fe₂O₃2Fe + 3CO₂；因?yàn)榧t色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，故實(shí)驗(yàn)中可觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑。

（4）因?yàn)樵诜磻?yīng)后，需要一直通入CO氣體直至試管冷卻（防止生成的鐵再次被氧化），故B中溶液不會倒吸到A裝置中，也就不需要在停止加熱前先斷開A和B的連接處。

【反思評價(jià)】

由于CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，需要進(jìn)行尾氣處理，而該裝置沒有對尾氣進(jìn)行處理，所以這是該裝置的嚴(yán)重不足之處；改進(jìn)方法為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）。

【拓展延伸】CO可以用H₂代替，因?yàn)闅錃馔瑯泳哂羞�原性；而B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管后，可以用來吸收反應(yīng)生成的水，也能確定該紅色粉末的組成，可行。

考點(diǎn)：一氧化碳還原氧化鐵，猜想與事實(shí)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量，酸的化學(xué)性質(zhì)

點(diǎn)評：本題是一道綜合性探究題，主要是對煉鐵的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實(shí)驗(yàn)分析與評價(jià)等方面進(jìn)行考查，熟練掌握該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是解決此類問題的關(guān)鍵。