Question

某學校研究性學習小組，以某工廠生產過程中產生的廢棄物“紅色鐵泥”為研究對象，探究紅色物質的成分，請你參與他們的活動．[小組討論]同學們對“鐵泥”中所含紅色物質作了如下猜想：甲同學：紅色物質是銅； 乙同學：紅色物質是氧化鐵；
丙同學：紅色物質是氫氧化鐵；丁同學：紅色物質是氧化鐵和氫氧化鐵
[資料在線]①該廠“紅色鐵泥”主要是生產過程中使用鐵觸媒（一種催化劑）后的廢棄物，
除紅色物質外，還含有通常不與酸、堿、氧氣反應及受熱不發(fā)生分解的物質；
②氫氧化鐵受熱時，會分解產生氧化鐵和水．
[實驗驗證]為驗證上述四位同學的猜想，小明、小紅兩位同學進行了如下實驗：小明取一定量“紅色鐵泥”樣品，加入稀硫酸，觀察到有黃色溶液產生，于是得出“乙同學的猜想成立”的結論；
小紅同學按下列順序進行實驗：先取適量已曬干的“紅色鐵泥”，稱量其質量為m₁g；
再將“紅色鐵泥”置于坩堝中充分加熱并在干燥器中冷卻后，稱量其質量為m₂g．
[問題討論]請回答下列問題：（1）其他同學一致認為，小明同學得出的“乙同學的猜想成立”的結論不合理，理由是

 

；
（2）針對小紅同學的實驗操作及測定的兩個數(shù)據，進行分析：
①若甲同學的猜想成立，則實驗中反應的化學方程式為

 

；
②若m₁=m₂，則

 

（填“甲”、“乙”或“丙”）同學的猜想成立；
[拓展應用]
應用之一：若“紅色鐵泥”中“紅色物質是氫氧化鐵”，可應用下列實驗方案回收“紅色鐵泥”
中的鐵元素制得“鐵紅”（化學式為Fe₂O₃，是紅色油漆的重要原料）：

（1）上述過程中發(fā)生了三個反應，寫出其中的一個化學方程式：

 

；
（2）a、b是同一實驗操作，該操作需要的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒和

 

；
（3）若通過上述途徑獲得的“鐵紅”的純度（Fe₂O₃的質量分數(shù)）不高，試分析可能的原因

 

 

（說出一點即可）．
應用之二：為了測定用以上方法制得的“鐵紅”的純度，同學們又進行了下列實驗探究．請你參與過程分析與交流．
查閱資料：草酸（乙二酸H₂C₂O₄）在濃H₂SO₄

存在下發(fā)生下列反應：
H₂C₂O₄

濃H2SO4  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O
實驗準備：按如圖安裝好實驗裝置：
實驗數(shù)據：取10g“鐵紅”樣品進行實驗，
所得實驗數(shù)據有右表所示甲、乙兩組：

甲組數(shù)據		乙組數(shù)據
玻璃管連同樣品的質量		E裝置連同樣品的質量
實驗前	實驗后	實驗前	實驗后
60g	57.6g	100g	107g

分析討論：
（1）同學們擬用純凈的CO還原“鐵紅”，所設計的實驗裝置中B、C盛放的試劑的作用
依次是

 

、

 

；
（2）從環(huán)保角度看，請你提出改進該實驗裝置的建議

 

；

（3）從實驗安全和實驗操作程序看，首先要檢查裝置的氣密性，實驗開始先加熱

 

（填“A”或“D”）處，實驗結束時，應

 

（填“先”或“后”）停止D處的加熱；
（4）同學們認為，若用乙組數(shù)據進行計算“鐵紅”的純度，則實驗測定結果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是

 

；
（5）請依據甲組數(shù)據，計算該“鐵紅”樣品的純度．（寫出計算的過程）

Answer 1

分析：本題探究物質的組成，主要利用物質的化學性質．
[問題討論]（1）溶液中有Fe³⁺存在，就顯黃色，氧化鐵和氫氧化鐵都能和硫酸反應，生成Fe³⁺
（2）若為銅，則是銅在加熱時與空氣中的氧氣反應；加熱質量不變，說明是氧化鐵．
應用之一：（1）主要有三個反應，氫氧化鐵和鹽酸反應、三氯化鐵和氫氧化鈉反應、氫氧化鐵的加熱分解
（2）固體和含F(xiàn)e³⁺的溶液分離，要采用過濾操作
（3）若純度不高，由元素守恒，可能有損失的鐵，則原因可能為紅褐色固體加熱不充分或操作a得到的溶液X不澄清等．
應用之二：（1）A中反應產物有二氧化碳、一氧化碳、水，在D中要CO還原氧化鐵，并進行成分計算，所以要排除A中產生的二氧化碳和水
（2）為確保氧化鐵被完全反應，CO過量，有毒不能排放在空氣中，要增添尾氣處理裝置
（3）CO不純，點燃可能會引起爆炸，應讓CO充滿整個裝置，所以要先讓A中反應發(fā)生，結束時為防止鐵被氧化，要繼續(xù)通一會CO，所以要先停止D加熱
（4）裝置與外界空氣相通，氫氧化鈉溶液易吸收空氣中CO₂
（5）樣品中氧化鐵的質量可由表中甲組數(shù)據計算；鐵紅的純度用氧化鐵質量和樣品質量來求

解答：解：[問題討論]（1）因為氫氧化鐵和氧化鐵都能和硫酸反應，形成黃色溶液，故答案為：氫氧化鐵也能和硫酸反應，形成黃色溶液
（2）銅能與氧氣加熱反應，而氧化鐵不反應，故答案為：2Cu+O₂

△   .

2CuO；乙
應用之一：（1）Fe（OH）₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O（任寫一個）
（2）因為固體和液體分離要用過濾操作，故答案為：漏斗
（3）純度不高，說明鐵沒有完全轉化到最終產物，故答案為：紅褐色固體加熱不充分（或操作a得到的溶液X不澄清等）
應用之二：（1）A中反應產物有二氧化碳、一氧化碳、水，要凈化、除雜，故答案為：除去一氧化碳中含有的二氧化碳、干燥一氧化碳
（2）CO有毒，過量氣體不能排放在空氣中，故答案為：在裝置E后增添尾氣處理裝置（在裝置E后或放一盞燃著的酒精燈；或在裝置E后連接排水法收集氣體的裝置；或在裝置E后套上氣球或氣囊）
（3）CO不純，點燃可能會引起爆炸，還原結束要防止鐵被氧化，故選A、先
（4）空氣中的二氧化碳也一起被E中溶液吸收，故答案為：裝置E中的氫氧化鈉溶液吸收了空氣中的二氧化碳
（5）設樣品中氧化鐵的質量為X，由表中甲組數(shù)據
Fe₂O₃～3O
160   48
X   （60-57.6）g
160：48=X：（60-57.6）g
解得：X=8g
純度為：

8g

10g

×100%=80%
答：其純度為80%

點評：本題較復雜，綜合性強，考查的知識點多，應該變化為幾個小題．