Question

1．某化學(xué)興趣小組對一包干燥的紅色粉末組成進(jìn)行探究．請你參與并回答有關(guān)問題．
【教師提醒】它由Cu、Fe₂O₃二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是Cu、Fe₂O₃的混合物
【實驗探究】
（1）題目中②的假設(shè)為只有Fe₂O₃，甲同學(xué)取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解．甲同學(xué)認(rèn)為可以排除猜想中的①和③，而乙同學(xué)認(rèn)為只能排除猜想①，你認(rèn)為乙的觀點正確（填“甲”或“乙”）．
（2）丙同學(xué)為進(jìn)一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質(zhì)玻璃管中，按如圖在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實驗．開始時緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時間后再加熱使其充分反應(yīng)．待反應(yīng)完全后，停止加熱，仍繼續(xù)通CO氣體直至玻璃管冷卻．反應(yīng)前后稱量相關(guān)裝置和物質(zhì)的總質(zhì)量，據(jù)如下表：

	反應(yīng)前	反應(yīng)后
Ⅰ 組	玻璃管和紅色粉末的總質(zhì)量為37.3g	玻璃管和固體物質(zhì)的總質(zhì)量為36.1g
Ⅱ 組	洗氣瓶和所盛溶液的總質(zhì)量為180.0g	洗氣瓶和瓶中物質(zhì)的總質(zhì)量為183.1g

【交流討論】
 ①在裝置A中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣．
 ②應(yīng)該選擇I組的實驗數(shù)據(jù)計算來確定紅色粉末的組成．最終計算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第③組（填序號）．
③實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為部分紅色粉末變黑．
④丁同學(xué)指出：從環(huán)保角度，如圖裝置有嚴(yán)重不足之處．你認(rèn)為應(yīng)該如何改進(jìn)？在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉．

Answer 1

分析 本題是一道綜合性探究題，利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計實驗加以甄別，來探究紅色粉末的組成，先分別探究其中是否含有Fe₂O₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄍㄟ^實驗探究確定其組成．
【提出猜想】單獨的氧化鐵也是紅色固體；
（1）根據(jù)【資料獲悉】和探究（1）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物；
（2）探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實驗來確定是否有銅；
【交流討論】
①探究要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．
②利用I組數(shù)據(jù)計算出固體的氧化鐵質(zhì)量，與混合物質(zhì)量對比即可確定成分；
③氧化鐵被還原出的鐵粉呈黑色．
④由于一氧化碳有毒，排放到空氣中會污染空氣，因此要進(jìn)行尾氣處理．

解答 解：【提出猜想】由于氧化銅氧化鐵均是紅色固體，所以紅色粉末可能的組成有：①只有Cu；②只有 Fe₂O₃；③是Cu、Fe₂O₃的混合物；
（2）根據(jù)資料：Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂ ；取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物；
所以說乙同學(xué)的觀點正確；
【交流討論】①根據(jù)CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．所以在裝置A中先通CO氣體的作用是：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
②第Ⅱ組數(shù)據(jù)，不能證明二氧化碳完全反應(yīng)（石灰水少量）；應(yīng)該選擇Ⅰ組的實驗數(shù)據(jù)計算來確定紅色粉末的組成．
設(shè)粉末中氧化鐵的質(zhì)量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ 固體△m
           160            112             48
             x                              1.2g
$\frac{160}{x}$=$\frac{48}{1.2g}$
x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
故選：Ⅰ，③；
③A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑；
④此反應(yīng)應(yīng)考慮到CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，顯然，該裝置沒有對尾氣進(jìn)行處理；所以圖裝置有嚴(yán)重不足之處．改進(jìn)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）．
故答案為：（1）Fe₂O₃，乙；
（2）【交流討論】①排凈裝置中的空氣；
②Ⅰ，③；
③部分紅色粉末變黑；
④在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉．

點評 此類題目主要對煉鐵的實驗原理、實驗現(xiàn)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(jìn)行考查．熟練掌握該實驗的反應(yīng)原理以及實驗注意事項是解決此類問題的關(guān)鍵．