Question

某課外活動小組對一氧化碳還原氧化鐵的實驗中最后的產(chǎn)物產(chǎn)生濃厚的興趣，試通過實驗來探究其成分。

Ⅰ．實驗裝置：

用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置

該裝置B中發(fā)生的離子方程式是                                       

裝置B的作用是                                    

Ⅱ．實驗現(xiàn)象：玻璃管A中的粉末由紅色逐漸變?yōu)楹谏珪r，停止加熱，繼續(xù)通一氧化碳，冷卻到室溫，停止通氣，同時觀察到澄清的石灰水變渾濁。

Ⅲ．實驗結(jié)論：

甲認為：依據(jù)上述實驗現(xiàn)象可以判斷出生成的黑色固體為金屬鐵。

乙認為：僅從上述實驗現(xiàn)象，不足以證明生成的黑色固體為金屬鐵，她增加了一個實驗：用磁鐵靠近生成的黑色固體，看到有黑色固體被磁鐵吸引。于是得出生成的黑色固體為金屬鐵的結(jié)論。

請你通過該反應(yīng)的相關(guān)資料對他們結(jié)論作出判斷并通過實驗檢驗其合理性：

（1）在一定條件下：一氧化碳與氧化鐵在加熱條件下，可發(fā)生如下反應(yīng)

3Fe₂O₃+CO2Fe₃O₄+CO₂ 

Fe₃O₄+4CO4Fe+4CO₂ 

（2）四氧化三鐵（Fe₃O₄）為黑色固體，有強磁性，能夠被磁鐵吸引。

甲、乙同學(xué)的結(jié)論：                              你對此評價的理由是：      

                                                            

Ⅳ．實驗探究

 對反應(yīng)后固體成分提出假設(shè)：

假設(shè)1：反應(yīng)后固體中只有Fe；

假設(shè)2：反應(yīng)后固體中只有Fe₃O₄；

假設(shè)3：反應(yīng)后固體中__ _____________________

 為確定實驗中最后的產(chǎn)物的成分，丙同學(xué)設(shè)計如下實驗，請您利用限選試劑和儀器幫助他完成該探究過程，并將答案寫在答題卡相應(yīng)位置。

限選試劑和儀器： 1mol/LCuSO₄ 、0.01mol/L KSCN溶液、1mol/L鹽酸、0.01mol/L氯水、試管、玻璃棒、膠頭滴管。

實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟一：取硬質(zhì)玻璃管中固體產(chǎn)物少量分別于A、B試管中，加入足量1mol/LCuSO4溶液、攪拌溶解。	（1）若A試管中黑色固體不溶解，并且沒有觀察到其他現(xiàn)象，則黑色固體為        （2）若B試管中有紅色固體析出，則說明黑色固體中含有Fe。
步驟二：對試管B中溶液過濾，將所得固體洗滌干凈后，加足量1mol/L鹽酸后，再依次分別加入適量0.01mol/L氯水、少量0.01mol/L KSCN溶液	（1）若溶液不變紅色，則            （2）若溶液變紅色，則

 

Ⅴ．延伸探究：丁同學(xué)試圖通過反應(yīng)前后固體質(zhì)量的變化來確定黑色固體的成分，你認為可行嗎？（假設(shè)氧化鐵在反應(yīng)中完全反應(yīng)）               （填“行”或“不行”）理由是                                                               。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

Ⅰ.  Ca²⁺+2OH^-+ CO₂= CaCO₃↓+H₂O  （2分）

吸收CO中的CO₂，便于CO燃燒被除去。（2分）

Ⅲ.甲、乙同學(xué)的結(jié)論均不正確；鐵和四氧化三鐵都是黑色且均能被磁鐵吸引。（1+2分 共3分）

Ⅳ.假設(shè)3：反應(yīng)后固體中既含有Fe又含有Fe₃O₄（1分）

實驗操作	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
	（1）若A試管中黑色固體不溶解，并且沒有觀察到其他現(xiàn)象，則黑色固體為Fe3O4（1分）
	（1）若溶液不變紅色，則假設(shè)1正確 （2分） （2）若溶液變紅色，則假設(shè)3正確（2分）

 

Ⅴ.行（1分）；

等質(zhì)量氧化鐵完全反應(yīng)后生成鐵或者四氧化三鐵或鐵和四氧化三鐵，固體質(zhì)量的變化不相同。（2分）

【解析】

試題分析：

Ⅰ.結(jié)合題目信息，反應(yīng)后氣體中有CO和CO₂ ，可知石灰水的作用是吸收CO₂，便于CO燃燒被除去。

Ⅲ.(2) 由題目信息，四氧化三鐵（Fe₃O₄）為黑色固體，有強磁性，能夠被磁鐵吸引，可以得到答案。

Ⅳ.步驟一中，若出現(xiàn)紅色說明有鐵置換出銅單質(zhì)，若沒有則黑色固體為Fe₃O₄。

步驟二中，F(xiàn)e與鹽酸只能生成Fe²⁺，F(xiàn)e₃O₄與鹽酸能生成Fe²⁺和 Fe³⁺。

Ⅴ. 氧化鐵完全反應(yīng)后生成鐵或者四氧化三鐵固體質(zhì)量的變化不相同。

考點：本題以探究實驗為基礎(chǔ)，考查了元素及化合物性質(zhì)、探究基本方法、分析問題能力。