Question

12．某化學(xué)興趣小組對一包干燥的紅色粉末組成進行探究．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．
【資料獲悉】Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂．
【實驗探究】
（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)認為可以排除猜想中的①和③，而乙同學(xué)認為只能排除猜想①，乙（填“甲”或“乙”）的觀點正確．
（2）丙同學(xué)為進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，按如圖裝置在通風(fēng)櫥中進行實驗．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，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）寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為部分紅色粉末變黑．
（4）為了防止溶液倒吸，本實驗停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中．
【反思評價】丁同學(xué)指出：從環(huán)保角度，如圖裝置有嚴重不足之處．你認為應(yīng)該如何改進？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?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）一氧化碳一直向里通入，不會產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象．
【反思評價】由于一氧化碳有毒，排放到空氣中會污染空氣，因此要進行尾氣處理．

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
故答案為：Fe₂O₃
（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；
故答案為：乙
【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）；
故答案為：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；
故答案為：Ⅰ；③；
（3）A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
（4）因為在反應(yīng)中一直通入CO氣體直至冷卻，B中溶液不會倒吸到A裝置中．
故答案為：不需要；因為一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中；
【反思評價】
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行處理；所以圖裝置有嚴重不足之處．改進方法為：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：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）；

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．