Question

固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成．某研究性學(xué)習(xí)小組選用圖1中裝置（夾持儀器已略去，實(shí)驗(yàn)前均已檢查裝置氣密性）探究X與過量炭粉發(fā)生反應(yīng)時(shí)，除生成CO₂外，是否還有其他氣體產(chǎn)物．

請(qǐng)回答：
（1）若按甲→丙→丁的順序連接裝置，則

 

（填上圖裝置代號(hào)）裝置中的儀器和試劑需稱量．開始反應(yīng)，氣體經(jīng)充分吸收后，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，可能的原因除產(chǎn)生了CO₂外的其他氣體產(chǎn)物，還可能是

 

．
（2）為使實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確說明問題，一些同學(xué)按乙→丁→戊的順序連接裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且加熱前先通一會(huì)兒氮?dú)猓�停止加熱后再通一�?huì)兒氮?dú)猓�停止加熱后再通一�?huì)兒氮?dú)獾脑�因�?div id="h1hnxjv" class='quizPutTag' contenteditable='true'> 

．
（3）以上兩套裝置均存在的同樣的明顯缺陷是

 

．
（4）該小組同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（如圖2）將X進(jìn)行轉(zhuǎn)化（每一步均反應(yīng)完全）：

①生成氣體B的化學(xué)方程式是

 

．
②將固體D投入過量稀硫酸并充分反應(yīng)后，過濾，再向?yàn)V液加入雙氧水，得黃色溶液．寫出當(dāng)加入雙氧水時(shí)溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：

 

．
③若已知固體X的質(zhì)量為7.2g，反應(yīng)中Al粉的質(zhì)量是2.7g，氣體B在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為672mL，則固體D的質(zhì)量是

 

g．

Answer 1

考點(diǎn)：探究物質(zhì)的組成或測(cè)量物質(zhì)的含量

專題：

分析：（1）分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，則需要稱量反應(yīng)前X和炭粉質(zhì)量，反應(yīng)后X和炭粉質(zhì)量，前后質(zhì)量差為減少的碳和氧元素的質(zhì)量，反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量則可根據(jù)氫氧化鈉增重得到；裝置甲和丙中有二氧化碳沒有進(jìn)入丁裝置被氫氧化鈉溶液吸收；
（2）根據(jù)前后兩次通入氮?dú)獾臅r(shí)間和減小實(shí)驗(yàn)誤差角度及防倒吸角度來分析；
（3）氣體制備或性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，要有尾氣處理裝置；
（4）Fe₂O₃、CuO和鋁在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成鐵、銅和氧化鋁，故固體A可能為鐵、銅和氧化鋁的混合物，加入足量氫氧化鈉，有氣體產(chǎn)生，鐵、銅和氫氧化鈉不反應(yīng)，故A中還有剩余鋁，故鋁熱反應(yīng)中鋁過量，X全部被還原，鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，固體D為鐵和銅的混合物，在鐵和銅中加入過量稀硫酸，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，銅不反應(yīng)，生成的亞鐵離子具有還原性，可被過氧化氫氧化，根據(jù)數(shù)據(jù)利用原子守恒計(jì)算．

解答： 解：（1）分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，則需要稱量反應(yīng)前X和炭粉質(zhì)量，反應(yīng)后X和炭粉質(zhì)量，前后質(zhì)量差為減少的碳和氧元素的質(zhì)量，反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量則可根據(jù)氫氧化鈉增重得到；
因按甲→丙→丁的順序連接裝置，故需稱量的裝置為：甲、��；根據(jù)質(zhì)量守恒，消耗碳、氧元素的質(zhì)量等于裝置甲+裝置丙+裝置丁中二氧化碳的質(zhì)量，裝置甲和丙中有二氧化碳沒有進(jìn)入丁裝置被氫氧化鈉溶液吸收，故測(cè)得消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，
故答案為：甲、丁；生成CO₂氣體殘留在裝置中；
（2）如果不排盡空氣，那么空氣中的氧氣會(huì)與炭粉反應(yīng)影響反應(yīng)后生成氣體的組成，所以利用穩(wěn)定的氮?dú)馀趴諝�，最后確保生成的二氧化碳完全吸收，反應(yīng)后還要趕出所有的CO₂，停止加熱，裝置內(nèi)溫度降低，壓強(qiáng)變小，易發(fā)生倒吸現(xiàn)象，通入氮?dú)饪煞乐沟刮��?br />故答案為：將裝置中殘留的CO₂氣體吹出；防止溶液發(fā)生倒吸；
（3）氣體制備或性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，要有尾氣處理裝置，此實(shí)驗(yàn)中，過量的炭粉和二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳有毒，可污染空氣，必須有尾氣處理裝置，故答案為：無尾氣處理裝置；
（4）Fe₂O₃、CuO和鋁在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成鐵、銅和氧化鋁，故固體A可能為鐵、銅和氧化鋁的混合物，加入足量氫氧化鈉，有氣體產(chǎn)生，鐵、銅和氫氧化鈉不反應(yīng)，故A中還有剩余鋁，故鋁熱反應(yīng)中鋁過量，X全部被還原，鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，氧化鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和水，固體D為鐵和銅的混合物，在鐵和銅中加入過量稀硫酸，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，銅不反應(yīng)，生成的亞鐵離子具有還原性，可被過氧化氫氧化，
①根據(jù)以上分析，鋁熱反應(yīng)中鋁過量，鋁和氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的方程式為：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑；
②固體D為鐵和銅的混合物，在鐵和銅中加入過量稀硫酸，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，銅不反應(yīng)，生成的亞鐵離子具有還原性，可被過氧化氫氧化，反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③氣體B為氫氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為672mL，則物質(zhì)的量為：

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，根據(jù)反應(yīng)方程式：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑可知，和氫氧化鈉反應(yīng)的鋁為：0.02mol，參與鋁熱反應(yīng)的鋁為：

2.7g

27g/mol

-0.02mol=0.08mol，形成氧化鋁結(jié)合氧為：0.08mol×

3

2

=0.12mol，氧化鋁中氧全來自X，故X中鐵和銅的質(zhì)量為：7.2g-0.12mol×16g/mol=5.28g，故答案為：5.28．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道綜合型的實(shí)驗(yàn)知識(shí)題目，考查學(xué)生分析和解決問題的能力，（4）難度較大，關(guān)鍵是根據(jù)和氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生氣體，判斷鋁熱反應(yīng)中鋁過量，計(jì)算D的質(zhì)量時(shí)，運(yùn)用了原子守恒，避免了列方程組的繁瑣．