Question

某研究性小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗．
Ⅰ．定性探究

在一定溫度下，該小組同學用一氧化碳還原純凈的氧化鐵（實驗裝置如圖1所示，從環保角度看，該小組設計的實驗裝置有不足之處，你認為該如何改進？______），觀察到玻璃管內固體由紅色全部變為黑色．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，于是大家分頭查閱資料．
【查閱資料】
（1）一氧化碳還原氧化鐵的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關．
（2）一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
（3）

性質物質	四氧化三鐵	氧化亞鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	能

【實驗與猜想】
（1）該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發現黑色固體全部能被吸引，則該黑色固體中不可能含有______．
（2）進行猜想：黑色固體可能
a．全部為鐵b．______c．______
Ⅱ．定量探究
取上述研磨后的黑色固體20g，設計如下實驗（如圖2所示）：

（1）小明同學的猜想是否成立？
（2）通過計算，確定20g黑色固體的成分及質量（請寫出計算過程）．
【繼續試驗】
若要從以上探究所得FeSO₄、CuSO₄的混合溶液中回收銅和硫酸亞鐵晶體，可設計如下實驗方案（如圖3所示）：

（1）步驟①中，金屬X是______，該反應的化學方程式為______．
（2）步驟②中，加入過量稀硫酸的目的是______．

Answer 1

Ⅰ定性探究：尾氣中的一氧化碳有毒會污染空氣，應該將尾氣點燃處理；
【實驗與猜想】（1）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化亞鐵；（2）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
Ⅱ定量研究：（1）20g黑色固體粉末與足量的硫酸銅溶液充分反應后，得到硫酸亞鐵溶液和銅，說明黑色粉末中含有鐵，過濾得到的黑色固體是四氧化三鐵，則金屬混合物是鐵和四氧化三鐵的混合物；小明的猜想不成立；
（2）反應前后，固體質量增加了20.8g-20g=0.8g，設黑色固體中鐵的質量為x
Fe+CuSO₄═Cu+FeSO₄ 固體質量增加
5664 64-56=8
x 0.8g

56

8

=

x

0.8g

x=5.6g
四氧化三鐵的質量：20g-5.6g═14.4g
【繼續試驗】可以用過量的鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，因此X是鐵；鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵；然后再加入過量的稀硫酸把銅粉和鐵粉混合物中的鐵粉除去，為了將混合物中的鐵粉除盡，所以加入的稀硫酸必須是過量的．
故答案為：Ⅰ．定性探究：點燃尾氣；
【實驗與猜想】（1）氧化亞鐵；（2）全部為四氧化三鐵；鐵與四氧化三鐵的混合物；
Ⅱ．定量研究：（1）不成立
（2）反應前后，固體質量增加了20.8g-20g=0.8g，設黑色固體中鐵的質量為x
Fe+CuSO₄═Cu+FeSO₄ 固體質量增加
5664 64-56=8
x 0.8g

56

8

=

x

0.8g

x=5.6g
四氧化三鐵的質量：20g-5.6g═14.4g
答：20g黑色粉末中含有5.6g鐵粉和14.4g四氧化三鐵．
【繼續試驗】（1）Fe；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；（2）除去過量的鐵．