Question

某Fe₃O₄樣品中中可能含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃和FeO其中的一種．為探究雜質(zhì)的情況設(shè)計(jì)如下方案：
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】同學(xué)們稱取了23.28g該Fe₃O₄樣品用圖一進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)：（友情提示：帶孔玻璃球泡可以使液體和氣體充分接觸）
【實(shí)驗(yàn)分析】因探究思路不同，興趣小組分成甲、乙、丙三個討論小組．
甲組：
（1）該組同學(xué)欲通過B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來計(jì)算確認(rèn)該Fe₃O₄樣品中的雜質(zhì)．B中的最佳試劑是

 

； （填序號）．
①澄清石灰水     ②氫氧化鈉濃溶液     ③稀鹽酸     ④水
（2）上述實(shí)驗(yàn)過程中，CO的作用有

 

（填序號）
①CO氣體作為反應(yīng)物
②實(shí)驗(yàn)開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸
③停止加熱后，防止A中生成物被氧化
④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤對B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應(yīng)液充分接觸而反應(yīng)
乙組：
乙組同學(xué)認(rèn)為B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差會偏小而影響計(jì)算、分析，你認(rèn)為他們的理由是

 

；改進(jìn)為：在B裝置后接一盛有

 

（填試劑名稱）的廣口瓶的吸水裝置，將B和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差．
丙組：
丙組同學(xué)將B中液體改換為Ba（OH）₂溶液，通過測量生成的

 

（填化學(xué)式）沉淀的質(zhì)量來計(jì)算求解，為了獲得沉淀，該組同學(xué)需要進(jìn)行的操作有：過濾→

 

→

 

→稱量．
【查閱資料】
Fe₂O₃和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO（黑色），最后生成Fe；利用儀器測定并繪制成反應(yīng)過程中A裝置中玻璃管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化曲線（如圖二）．
（1）寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

；
（2）確定：該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是

 

，其中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量是

 

g，（不需要寫出過程）
（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為72.4%、77.8%、70.0%）

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗(yàn)與除雜方法,一氧化碳還原氧化鐵,化合物中某元素的質(zhì)量計(jì)算

專題：科學(xué)探究

分析：【實(shí)驗(yàn)分析】甲組：（1）根據(jù)氫氧化鈉溶液用于吸收二氧化碳進(jìn)行解答；（2）根據(jù)一氧化碳還原四氧化三鐵的作用進(jìn)行解答；
乙組：根據(jù)一氧化碳從B裝置中流出要帶走水蒸氣進(jìn)行解答；
丙組：據(jù)二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀考慮；
【查閱資料】
（1）根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行程度判斷；（2）根據(jù)氧元素的含量進(jìn)行判斷．

解答：解：【實(shí)驗(yàn)分析】甲組：（1）氫氧化鈣的溶解性很小，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；二氧化碳溶解水的能力也不大，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；稀鹽酸和二氧化碳不反應(yīng)；只有氫氧化鈉溶液保證把生成的二氧化碳全部吸收，故選用氫氧化鈉濃溶液；
（2）上述實(shí)驗(yàn)過程中，CO氣體除作為反應(yīng)物外，還能起到的作用是：實(shí)驗(yàn)開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；停止加熱后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；將裝置中的CO₂送入NaOH溶液中；對B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應(yīng)液充分接觸而反；故答案①②③④⑤
乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，而影響計(jì)算樣品中雜質(zhì)的質(zhì)量；濃硫酸具有吸水性，可作干燥劑；
丙組：二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀；為獲得純凈的碳酸鋇可進(jìn)行以下操作：過濾→洗滌→干燥→稱量．
【查閱資料】
（1）BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₃O₄+CO

高溫  .

3FeO+CO₂；
（2）到700℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì)．
則混合物中鐵元素的質(zhì)量分

16.8g

23.28g

×100%=72.16%
而Fe₃O₄鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

56×3

56×3+16×4

×100%=72.4%
FeO鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

56

56+16

×100%≈77.8%
Fe₂O₃鐵元素的質(zhì)量分

56×2

56×2+16×3

×100%=70%
所以該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃．
設(shè)混合物中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量為x．x×

56×3

56×3+16×4

×100%+（23.28-x）×

56×2

56×2+16×3

×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案為：（1）②
（2）①②③④⑤
乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣．濃硫酸  BaCO₃
洗滌    干燥
（3）Fe₃O₄+CO

高溫  .

3FeO+CO₂ Fe₂O₃  20.88g

點(diǎn)評：本題考查一氧化碳還原鐵的氧化物的步驟、現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)式的書寫，以及用不同的方法驗(yàn)證鐵的存在，需要同學(xué)們具有比較全面的化學(xué)知識