Question

某化學(xué)興趣小組對(duì)一包干燥的紅色粉末組成進(jìn)行探究．請你回答有關(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

 

．
【資料獲悉】Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂．
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）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

 

的觀點(diǎn)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(shí)驗(yàn)．開始時(shí)緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時(shí)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，其數(shù)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

 

（2）應(yīng)該選擇

 

組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．最終計(jì)算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第

 

組（填序號(hào)）．
（3）寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為

 

【反思評(píng)價(jià)】丁同學(xué)指出：從環(huán)保角度，上圖裝置有嚴(yán)重不足之處．你認(rèn)為應(yīng)該如何改進(jìn)？

 

（4）該興趣小組同學(xué)為測定某石灰石樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，取15g石灰石樣品，放入盛有100g稀鹽酸的燒杯中，石灰石中的碳酸鈣跟鹽酸恰好完全反應(yīng)（雜質(zhì)既不反應(yīng)也不溶解），燒杯內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量變?yōu)?10.6g．求：（1）石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（2）稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,一氧化碳的化學(xué)性質(zhì),有關(guān)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的簡單計(jì)算,金屬的化學(xué)性質(zhì),根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算

專題：溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與化學(xué)方程式相結(jié)合的計(jì)算,科學(xué)探究

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(jì)實(shí)驗(yàn)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Fe（OH）₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄍㄟ^實(shí)驗(yàn)探究確定其組成．
【提出猜想】紅色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物，推測只有 Fe₂O₃；
【實(shí)驗(yàn)探究】
由“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”，且氧化鐵在鹽酸中發(fā)生的反應(yīng)：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；銅與鹽酸不反應(yīng)；Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂”可知不排除③．故推測乙觀點(diǎn)正確．
【交流討論】
（1）要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會(huì)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．應(yīng)考慮到CO有毒，排放到空氣中會(huì)污染大氣，顯然，該裝置沒有對(duì)尾氣進(jìn)行處理．
（2）選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．最終計(jì)算結(jié)果推測紅色粉末的組成．
（3）寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式；描述實(shí)驗(yàn)中到A裝置中的現(xiàn)象；
【反思評(píng)價(jià)】一氧化碳是可燃性氣體，不純遇熱可能會(huì)發(fā)生爆炸現(xiàn)象，此氣體有毒，實(shí)驗(yàn)中必須進(jìn)行尾氣處理．
（4）石灰石的質(zhì)量與稀鹽酸的質(zhì)量和去掉燒杯內(nèi)剩余物質(zhì)的質(zhì)量所得的質(zhì)量是生成二氧化碳的質(zhì)量．
由二氧化碳的質(zhì)量根據(jù)碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計(jì)算出石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量、稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．進(jìn)而計(jì)算出石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：
【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(shí)驗(yàn)探究】
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，因?yàn)檠趸�鐵在鹽酸中發(fā)生的反應(yīng)：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；銅與鹽酸不反應(yīng)；Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂”可知不排除③．故推測乙觀點(diǎn)正確．
【交流討論】
（1）一氧化碳屬于可燃性氣體，不純遇熱可能發(fā)生爆炸，故在裝置A中先通CO氣體的作用是 排盡裝置中空氣，防止發(fā)生爆炸．
（2）應(yīng)該選擇I組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)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

高溫  .

2Fe+3CO₂ 固體△m
160 112 48
x 37.3-36.1=1.2g
則

160

x

=

48

1.2g

，解得x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
最終計(jì)算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第③組．
（3）氧化鐵能與一氧化碳反應(yīng)生成黑色的鐵粉，而銅不與一氧化碳反應(yīng)，故寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式 Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為紅棕色粉未變黑色．
【反思評(píng)價(jià)】一氧化碳有毒，需要進(jìn)行尾氣處理．故丁同學(xué)指出：從環(huán)保角度，上圖裝置有嚴(yán)重不足之處．則應(yīng)改進(jìn)：應(yīng)在B裝置后加酒精燈點(diǎn)燃或用氣球回收．
（4）解：生成二氧化碳的質(zhì)量為100g+15g-110.6g=4.4g
設(shè)石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量為x，稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y．
CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100   73              44
x    100g×y          4.4g
則

100

x

=

73

100g×y

=

44

4.4g

，解得x=10g，y=7.3%，
則稀鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.3%．
石灰石中碳酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

10g

15g

×100%≈66.7%
故答案為：
【提出猜想】是Cu、Fe₂O₃的混合物．
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）乙．
【交流討論】
（1）排盡裝置中空氣，防止發(fā)生爆炸

（2）I． ③
．
（3）Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂； 紅棕色粉未變黑色
【反思評(píng)價(jià)】應(yīng)在B裝置后加酒精燈點(diǎn)燃或用氣球回收
（4）66.7%；7.3%

點(diǎn)評(píng)：此類題目主要對(duì)煉鐵的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實(shí)驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行考查．熟練掌握該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是解決此類問題的關(guān)鍵．