Question

某研究性學(xué)習(xí)小組在綜合實踐活動中對某化工廠化驗室排除的廢水感興趣，并對其進行了探究：
【調(diào)查獲悉】廢水中含有硝酸亞鐵、硝酸銀
【查閱資料】含硝酸亞鐵的溶液呈淺綠色
【實驗?zāi)康摹刻骄坑娩\從廢水中最大限度地回收金屬銀的方法，探究鋅和廢水中的硝酸亞鐵、硫酸銀的反應(yīng)順序
【實驗用品】廢水、所需化學(xué)試劑及相關(guān)的儀器，用品
【設(shè)計方案】他們設(shè)計了如圖1方案（反應(yīng)中其他生成物已略去）

【發(fā)現(xiàn)問題】小組成員分別進行了試驗，在得到固體甲的同時發(fā)現(xiàn)：有些同學(xué)得到無色溶液乙，有些同學(xué)得到深淺不同的淺綠色溶液乙，小丹同學(xué)提出問題：那種結(jié)果能最大程度地回收金屬銀呢？鋅與廢水中那種物質(zhì)先反應(yīng)？
【討論分析】小軍同學(xué)認為：這個問題必須通過探究溶液乙和固體甲的組成才能回答，此觀點得到了大家的贊同，經(jīng)研究他們決定探究溶液乙．于是他們分成兩組，第一組對無色溶液進行探究，第二組對淺綠色溶液進行探究：
（1）首先他們對溶液乙中的溶質(zhì)做出了多種猜想：
第一組：1、溶質(zhì)為硝酸鋅   2、溶質(zhì)為硝酸鋅、硝酸銀
第二組：3、溶質(zhì)為硝酸亞鐵、和

 

；4、溶質(zhì)為硝酸亞鐵和

 

和

 

．
（2）小悅同學(xué)思考后指出：“通過實踐或推理，都能排除第一組同學(xué)提出的猜想2，從而確立猜想1是合理的”請你敘述其推理過程：

 

（3）第二組同學(xué)經(jīng)過向不同的淺綠色溶液中加入一種試劑觀察試驗現(xiàn)象后得出結(jié)論，使3、4兩種猜想都得以驗證，請你參與到實驗操作過程中并完成表格：

試驗操作	試驗結(jié)論和現(xiàn)象
取少量乙溶液于試管中，觀察	若    則是   ，若   則是   ．

【交流后得出結(jié)論】
（4）當(dāng)反應(yīng)后溶液呈無色，溶質(zhì)為

 

   或當(dāng)反應(yīng)后溶液呈淺綠色，溶質(zhì)為

 

和

 

 時，能最大程度地回收金屬銀．通過探究，同學(xué)們認為：使用過量的鋅，過濾后得無色溶液，是方便、快捷并確保最大程度地回收金屬銀的一種方法，經(jīng)過觀察和思考，同學(xué)們還得出了鋅先和廢水中

 

反應(yīng)，再和

 

 反應(yīng)的結(jié)論．
【探究后反思】
（5）老師評價：這種方法雖然方便、快捷，但是也有不足，請你指出他的不足：
某課外活動小組的同學(xué)對天然氣燃燒后采集的氣體樣品中是否含有CO（假設(shè)該樣品中不含除CO之外的其它能與Fe₂O₃反應(yīng)的物質(zhì)）和水蒸氣進行探究．
[實驗?zāi)康腯確定氣體樣品中是否含有CO和水蒸氣
[查閱資料]天然氣的主要成分是甲烷及少量烴類和二氧化碳（CO₂）等，在空氣中完全燃燒生成CO₂和H₂O，不完全燃燒時還生成CO．水的證明一般用無水硫酸銅，無水硫酸銅是一種白色固體，遇水蒸氣就會變成藍色．（氣體從左端進入）
[實驗儀器]

[問題]
（1）要用較簡單的方法收集爆炸現(xiàn)場的氣體樣品，可選用什么方法？

 

．
（2）能確認氣體樣品中含有CO的現(xiàn)象是

 

．
（3）寫出下列裝置的作用B裝置的作用

 

 C裝置的作用

 

E裝置的作用

 

．
（4）D中反應(yīng)現(xiàn)象

 

，反應(yīng)方程式

 

．
（5）將收集到的氣體通過反應(yīng)裝置，反應(yīng)后測得裝置E質(zhì)量增重1.1g，若用此數(shù)據(jù)計算CO的質(zhì)量，你認為有可能出現(xiàn)偏差的原因是

 

，你認為該裝置存在的缺陷

 

，改進的措施是

 

．

Answer 1

考點：實驗探究物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律,常見氣體的檢驗與除雜方法,一氧化碳的化學(xué)性質(zhì),金屬的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：某研究性學(xué)習(xí)小組在綜合實踐活動中對某化工廠化驗室排除的廢水感興趣，并對其進行了探究：
在金屬活動性順序中，越靠前的金屬活動性越強，只有排在氫前的金屬才可以和稀酸溶液反應(yīng)生成氫氣，只有前面的金屬可以和排在它后面的金屬從鹽溶液中置換出來；一種金屬和含有多種溶質(zhì)的鹽溶液反應(yīng)時，首先置換那種最不活潑的金屬．
某課外活動小組的同學(xué)對天然氣燃燒后采集的氣體樣品中是否含有CO（假設(shè)該樣品中不含除CO之外的其它能與Fe₂O₃反應(yīng)的物質(zhì)）和水蒸氣進行探究：
本題所給信息較多，但主要是考查一氧化碳的檢驗，檢驗一氧化碳一般用還原氧化鐵的方法，根據(jù)生成物來驗證一氧化碳的存在，這就要除去氣體中二氧化碳的干擾，除去二氧化碳用氫氧化鈉溶液，檢驗二氧化碳要用石灰水，用一氧化碳進行實驗時要進行尾氣處理．
反應(yīng)后測得裝置E質(zhì)量增重1.1g，即二氧化碳的質(zhì)量是1.1g，然后根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量求CO的質(zhì)量．

解答：解：某研究性學(xué)習(xí)小組在綜合實踐活動中對某化工廠化驗室排除的廢水感興趣，并對其進行了探究：
（1）由于鋅在鐵和銀的前面，因此無論和誰反應(yīng)都會有硝酸鋅生成，故答案為：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂、AgNO₃
（2）由于第一組同學(xué)研究的是無色溶液，即溶液中沒有硝酸亞鐵，說明硝酸亞鐵中的鐵元素已經(jīng)全部轉(zhuǎn)化成了金屬鐵，即在濾渣中一定有金屬鐵；而在過濾前，鐵又能和溶液中的硝酸銀反應(yīng)，因此有鐵就不可能有硝酸銀，故答案為：若猜想2成立，說明Fe（NO₃）₂與Zn反應(yīng)生成Fe，而Fe會與過濾前的溶液中AgNO₃反應(yīng)，即鐵和AgNO₃不可能都有，從而排除猜想2；
（3）由于第二組研究的是淺綠色溶液，即溶液中一定含有硝酸亞鐵，但溶液中除了含有硝酸亞鐵外，還一定會含有新生成的硝酸鋅，因此只要證明是否含有硝酸銀即可，可以選擇一種只能夠和硝酸銀溶液反應(yīng)而且有明顯實驗現(xiàn)象的物質(zhì)就行．故答案為：

實驗操作	實驗現(xiàn)象和結(jié)論
在溶液中插入一根銅絲；或    滴加幾滴稀鹽酸（或其他氯化物溶液）	銅絲表面無變化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）3，銅絲表面有銀白色固體析出，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3 ；或溶液無明顯變化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，溶液中有沉淀生成，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3

（4）根據(jù)上述分析可得，溶液為無色溶液時，溶液中只有硝酸鋅；溶液為淺綠色溶液時，溶液中有硝酸亞鐵和硝酸鋅；在金屬活動性順序中，最活潑的金屬首先和那種和它隔著遠的金屬的鹽溶液反應(yīng)，故答案為：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂，F(xiàn)e（NO₃）₂，AgNO₃，F(xiàn)e（NO₃）₂
（5）由于加入過量的鋅雖然把銀全部置換出來了，但是置換出來的金屬銀中還混有金屬鐵和鋅，為了得到純凈的銀，還得消耗大量的稀硫酸，而且生成的硫酸亞鐵和硫酸鋅也會對環(huán)境造成一定的污染，故答案為：浪費一些鋅和稀硫酸，最好能對亞鐵鹽和鋅鹽進行回收利用，又能減少污染（或其他合理答案）
 
 某課外活動小組的同學(xué)對天然氣燃燒后采集的氣體樣品中是否含有CO（假設(shè)該樣品中不含除CO之外的其它能與Fe₂O₃反應(yīng)的物質(zhì)）和水蒸氣進行探究：
（1）收集爆炸現(xiàn)場的氣體樣品時，可用氣球收集或用盛滿水的集氣瓶在現(xiàn)場把水倒掉的方法收集．
（2）能確認氣體樣品中含有CO的現(xiàn)象是D中黑色粉末變紅，E中石灰水變渾濁，裝置E中反應(yīng)的方程式是CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O．
（3）實驗小組的目的是檢驗現(xiàn)場的氣體中是否含有CO和水蒸氣，首先要檢驗水蒸氣，檢驗水蒸氣用無水硫酸銅，檢驗一氧化碳要根據(jù)它還原氧化鐵是否生成二氧化碳，故連接順序是先通過無水硫酸銅檢驗水的存在，然后用氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，用濃硫酸干燥氣體，通過灼熱的氧化鐵，把生成的氣體通過澄清石灰水，進行檢驗．
（4）D中反應(yīng)現(xiàn)象紅色粉末變?yōu)楹谏�粉末，一氧化碳與氧化鐵在高溫下反應(yīng)生成二氧化碳和鐵，其反應(yīng)方程式為：3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂
（5）反應(yīng)后測得裝置E質(zhì)量增重1.1g，即二氧化碳的質(zhì)量是1.1g，然后根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量求CO的質(zhì)量．
設(shè)氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為x  
  3CO+Fe₂O₃ 

高溫  .

2Fe+3CO₂
 3×28              3×44
  x                  1.1g
則

3×28

3×44

=

x

1.1g

，解得x=0.7g．
因為一氧化碳有毒，從環(huán)境保護的角度考慮，要對尾氣進行處理．故在F出口處將氣體收集或點燃．
故答案為：
【討論分析】（1）第二組：Zn（NO₃）₂； Zn（NO₃）₂ AgNO₃．
（2）若猜想2成立，說明Fe（NO₃）₂與Zn反應(yīng)生成Fe，而Fe會與過濾前的溶液中AgNO₃反應(yīng)，即鐵和AgNO₃不可能都有，從而排除猜想2；
（3）

試驗操作	試驗結(jié)論和現(xiàn)象
取少量乙溶液于試管中，觀察	若銅絲表面無變化 則是 Zn（NO3）2、Fe（NO3）3，若銅絲表面有銀白色固體析出則是 Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3．

【交流后得出結(jié)論】
（4）Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂和 Fe（NO₃）₂； AgNO₃，F(xiàn)e（NO₃）₂．
【探究后反思】
（5）浪費一些鋅和稀硫酸，最好能對亞鐵鹽和鋅鹽進行回收利用，又能減少污染
[問題]
（1）可用氣球收集或用盛滿水的集氣瓶在現(xiàn)場把水倒掉的方法收集．
（2）D中紅色粉末變?yōu)楹谏�粉末，E中石灰水變渾濁．
（3）除去氣體中二氧化碳的干擾，干燥吸水，檢驗是否有二氧化碳生成．
（4）紅色粉末變?yōu)楹谏�粉末�?CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂．
（5）0.7g；裝置漏氣，一氧化碳有毒，從環(huán)境保護的角度考慮，要對尾氣進行處理，在F出口處將氣體收集或點燃．

點評：本題所給信息較多，但主要是考查一氧化碳的檢驗，檢驗一氧化碳一般用還原氧化鐵的方法，根據(jù)生成物來驗證一氧化碳的存在，這就要除去氣體中二氧化碳的干擾，除去二氧化碳用氫氧化鈉溶液，檢驗二氧化碳要用石灰水，用一氧化碳進行實驗時要進行尾氣處理．本題難度較大，主要考查了對金屬活動性順序的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題、靈活運用知識的能力．