Question

某化學興趣小組有一次活動的內容是：對一包干燥的紅色粉末組成進行探究。請你參與并回答有關問題。

【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

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

【探究思路】利用物質的性質不同設計實驗加以甄別，先分別探究其中是否含有Fe(OH)₃ 、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當的試劑和方法通過實驗探究其組成。

（裝置內空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）

【實驗探究】

（1）甲同學取適量紅色粉末裝入試管中，按圖28-1進行實驗。結果無水CuSO₄沒有變藍，從而排除猜想中的  。（填猜想中的序號）

（2）在甲同學實驗結論的基礎上，乙同學另取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解，溶液變色。乙同學認為可以排除猜想中的①和⑤，而丙同學認為只能排除猜想①，你認為    的觀點正確（填“乙”或“丙”）。

（3）丁同學為進一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質玻璃管中，按圖28-2在通風櫥中進行實驗。開始時緩緩通入CO氣體，過一段時間后再加熱使其充分反應。待反應完全后，停止加熱，仍繼續通CO氣體直至玻璃管冷卻。反應前后稱量相關裝置和物質的總質量，其數據如下表：

	反應前	反應后
Ⅰ組	玻璃管和紅色粉末的總質量為37.3 g	玻璃管和固體物質的總質量為36.1 g
Ⅱ組	洗氣瓶和所盛溶液的總質量為180.0 g	洗氣瓶和瓶中物質的總質量為183.1 g

【交流討論】                       

（1）在裝置A中先通CO氣體的作用是    。

（2）應該選擇    組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成。最終計算結果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第    組（填序號）。

（3）寫出A裝置中發生反應的化學方程式                        ；實驗中觀察到A裝置中的現象為    。

（4）為了防止溶液倒吸，本實驗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】 戊同學指出：從環保角度，圖28-2裝置有嚴重不足之處。你認為應該如何改進？    。

【拓展延伸】有同學提出丁同學上述實驗中的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，你認為是否可行？  （填“可行”或“不可行”）

 

Answer 1

【答案】

【實驗探究】（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生爆炸）

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

（4）不需要，因為一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中。

【反思評價】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：【實驗探究】

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

（2）根據資料：“Cu在FeCl₃溶液中發生反應：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂”；而現在取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，即丙同學的觀點正確；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，可能會發生爆炸，因此，應先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱。

（2）少量的澄清石灰水，不能完全吸收反應生成的二氧化碳，故第Ⅱ組數據，不能用來確定紅色粉末的組成；應該選擇第Ⅰ組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成。

根據A中的反應和第Ⅰ組的實驗數據可知，反應前后固體物質的質量差，就是反應的Fe₂O₃中O元素的質量=37.3g-36.1g=1.2g，由此利用氧化鐵中氧元素的質量分數，可求出氧化鐵的質量=1.2g÷=4g，而丁同學稱取的粉末為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裝置中發生反應的化學方程式為3CO + Fe₂O₃2Fe + 3CO₂；因為紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，故實驗中可觀察到A裝置中的現象為：部分紅色粉末變黑。

（4）因為在反應后，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】

由于CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，需要進行尾氣處理，而該裝置沒有對尾氣進行處理，所以這是該裝置的嚴重不足之處；改進方法為：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，因為氫氣同樣具有還原性；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，可以用來吸收反應生成的水，也能確定該紅色粉末的組成，可行。

考點：一氧化碳還原氧化鐵，猜想與事實驗證，實驗探究物質的組成成分以及含量，酸的化學性質

點評：本題是一道綜合性探究題，主要是對煉鐵的實驗原理、實驗現象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實驗分析與評價等方面進行考查，熟練掌握該實驗的反應原理以及實驗注意事項是解決此類問題的關鍵。