Question

4．某興趣小組在實(shí)驗(yàn)室中模擬煉鐵化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)，對(duì)固體產(chǎn)物成分等進(jìn)行究．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1．

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】該小組按上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量65.8g（冷卻到室溫稱量）
【分析與討論】本實(shí)驗(yàn)中，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學(xué)認(rèn)為該黑色固體全部是鐵，但小華同學(xué)提出了質(zhì)疑，于是大家提出查閱資料．
【查閱資料】①CO還原Fe₂O₃的固體產(chǎn)物的成分與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等因素有關(guān)；
②CO還原Fe₂O₃的實(shí)驗(yàn)過程中固體產(chǎn)物可能有Fe₃O₄、FeO、Fe；
③NaOH溶液與石灰水相似，能吸收CO₂，但不變渾．
④

物質(zhì)性質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	氧化鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	紅色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	不能	能

【實(shí)驗(yàn)與猜想】
（1）該小組同學(xué)將反應(yīng)后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵．
（2）進(jìn)行猜想：黑色固體粉末可能a．全部為鐵、b．四氧化三鐵、c．鐵和四氧化三鐵．
【得出結(jié)論】
（3）通過實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出黑色固體粉末為（寫名稱）四氧化三鐵．
【反思與評(píng)價(jià)】
（4）一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)中，為了確保實(shí)驗(yàn)安全，加熱前應(yīng)先通入一會(huì)一氧化碳，再加熱，若要得到鐵可適當(dāng)提高反應(yīng)溫度．
（5）實(shí)驗(yàn)裝置圖中采用虛線框內(nèi)的裝置，其作用有A、B．
A．收集CO    B．吸收CO₂    C．檢驗(yàn)CO₂
【實(shí)踐應(yīng)用】小明和他的同學(xué)想測(cè)定某赤鐵礦石中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．用CO與10g赤鐵礦石樣品充分反應(yīng)（雜質(zhì)不參與反應(yīng)），并將生成的氣體用足量的NaOH溶液完全吸收，該溶液總質(zhì)量與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系如圖2．
（6）上述反應(yīng)產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量為6.6g；
（7）計(jì)算該赤鐵礦石中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．80%．（需要有計(jì)算過程）

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)與猜想】根據(jù)題意黑色固體粉末全部能被吸引分析不可能含有的物質(zhì)；
根據(jù)鐵和四氧化三鐵都是黑色、都能被磁鐵吸引，對(duì)黑色粉末進(jìn)行猜想．
【得出結(jié)論】根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量，可求出鐵的質(zhì)量和含有的氧元素的質(zhì)量，再根據(jù)減少的質(zhì)量分析黑色固體粉末的成分．
【反思與評(píng)價(jià)】根據(jù)一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣和二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)分析．
NaOH溶液增加的質(zhì)量等于二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算即可．

解答 解：（1）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化鐵和氧化亞鐵；故填：氧化亞鐵；
（2）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．故填：b．四氧化三鐵；c．鐵和四氧化三鐵；
（3）由實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)可知，氧化鐵的質(zhì)量為：66.0g-60.0g=6g，這些氧化鐵中含有的氧元素的質(zhì)量為：6g×$\frac{16×3}{56×2+16×3}×100%$=1.8g．則鐵的質(zhì)量為：6g-1.8g=4.2g，如果6g的氧化鐵全部煉成鐵，減少的適量應(yīng)是1.8g，由題意可知，固體減少的質(zhì)量為：66g-65.8g=0.2g，所以，剩余物中鐵氧的質(zhì)量比為4.2g：1.6g=21：8，該物質(zhì)是四氧化三鐵；故填：四氧化三鐵；
（4）在加熱前要通入一氧化碳，排凈裝置內(nèi)的空氣，以免加熱發(fā)生爆炸，故填：通入一會(huì)一氧化碳；
（5）由于一氧化碳有毒能污染空氣需要處理尾氣，二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)．所以，虛線框內(nèi)的裝置，其作用是收集一氧化碳和吸收二氧化碳．故填：A、B；  
（6）反應(yīng)產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量為106.6g-100.0g=6.6g；故填：6.6；
（7）解：設(shè)該樣品中氧化鐵的質(zhì)量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂?
    160            132
     x             6.6g
$\frac{160}{132}=\frac{x}{6.6g}$
x=8.0g 
赤鐵礦石中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{8.0g}{10.0g}×100%$=80%．
答：樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng)，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對(duì)混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答．