Question

【題目】下圖是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書，小王等同學(xué)閱讀了使用說明后，對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣，和同學(xué)們一起進(jìn)行了實驗探究。

（1）【初步探究成分及發(fā)熱原理】

【提出問題】“暖寶寶”為什么能發(fā)熱？

【做出猜想】“暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉氧化（即生銹）的過程。

【設(shè)計實驗】

	實驗操作	實驗現(xiàn)象	解釋或結(jié)論
步驟1	取A、B兩袋“暖寶寶”，將A袋按使用說明打開外袋取出內(nèi)袋；而B袋不打開外袋。并將兩袋樣品放置在同樣的環(huán)境中。	A袋的“暖寶寶”溫度很快上升；B袋溫度_____。	“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內(nèi)物質(zhì)與__接觸。
步驟2	24小時后，分別剪開A、B兩袋，各取少量袋內(nèi)物質(zhì)于兩支試管中，分別加入適量稀鹽酸。	A袋內(nèi)物質(zhì)部分溶解，產(chǎn)生黃色溶液；B袋內(nèi)物質(zhì)_____。	用化學(xué)方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應(yīng) _____________________
【得出結(jié)論】 “暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉發(fā)生氧化（生銹）的過程。

【繼續(xù)探究】小王和同學(xué)們想繼續(xù)探究“暖寶寶”發(fā)熱后，剩余物質(zhì)中是否還含有活性炭，他們?nèi)∵m量A袋內(nèi)物質(zhì)于燒杯內(nèi)，加入過量_______，充分反應(yīng)后過濾，洗滌、干燥濾渣。

為進(jìn)一步驗證黑色濾渣的成分，小王和小李同學(xué)分別設(shè)計了甲、乙兩個如圖所示的裝置，點(diǎn)燃濾渣，用澄清石灰水驗證產(chǎn)物，你認(rèn)為______圖的裝置結(jié)論更可靠，理由是______。

同學(xué)們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程，從原料角度分析“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因為：

①鐵呈粉末狀，活性炭有吸附性，促使鐵能與氧氣、水等反應(yīng)更快；②_____________；

（2）【測定“暖寶寶”中的含鐵量】

取一片包裝完好的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實驗。

【實驗方法】 取樣品m g，利用如圖丙所示裝置與藥品，測反應(yīng)后生成氣體的體積。

【實驗步驟】① 連接儀器，_______；

② 將實驗所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管初始刻度；

③ 打開分液漏斗活塞，加入足量稀硫酸至不再有氣泡冒出。在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大，可將水準(zhǔn)管_____（填“上提”或“下移”）；

④ 等恢復(fù)至室溫，并_______________后，再次記錄量氣管刻度。

【數(shù)據(jù)處理】

若實驗條件下，氫氣的密度為d g/mL，測得氫氣體積為v mL。則該“暖寶寶”中鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為________________。（用含dvm的字母表示）

【交流討論】利用丙裝置，即使操作無失誤，測量結(jié)果仍會偏大，原因是__________，

小王重新設(shè)計了一個如圖丁的實驗裝置，利用該裝置實驗時，在氣密性良好的前提下，如果往錐形瓶中注入的稀硫酸體積為V1 mL，充分反應(yīng)后，右側(cè)針筒中氣體變化的讀數(shù)為V2 mL，則反應(yīng)生成的氫氣的體積為_____________ mL。

（3）【測定“暖寶寶”中的氧化鐵的含量】

小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”，剪開包裝，取10g袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實驗。

【查閱資料】① 2Fe(OH)3 ==== Fe2O3 + 3H2O ② Fe + 2 FeCl3 = 3 FeCl2

③ 在HCl和FeCl3的混合溶液中Fe先與FeCl3反應(yīng)

【實驗記錄】

【實驗結(jié)論】①寫出產(chǎn)生氣體的化學(xué)方程式_____________

②經(jīng)該實驗測定，該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 _____ 。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】 無明顯變化 O2 （或空氣） 部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，淺綠色溶液 Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O 稀鹽酸或稀硫酸 甲 乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實驗 氯化鈉能加快鐵生銹 檢查裝置氣密性 【答題空10】下移 調(diào)節(jié)量氣管與水準(zhǔn)管兩邊液面相平 ×100% 滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積 V2—V1 Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ 16%

【解析】【設(shè)計實驗】
A袋中的物質(zhì)與空氣接觸，只有鐵常溫能與氧氣反應(yīng)放出熱量，生成鐵銹（主要成分是Fe2O3），F(xiàn)e2O3與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，氯化鐵的溶液呈黃色，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；B袋沒有打開外袋，鐵粉沒有與氧氣接觸，不能發(fā)生緩慢氧化，故溫度無明顯變化，加入鹽酸，鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，氯化亞鐵的溶液呈淺綠色；

【繼續(xù)探究】根據(jù)鐵與鹽酸反應(yīng)，活性炭和鹽酸不反應(yīng)的原理，加入過量的稀鹽酸除去鐵粉；根據(jù)活性炭燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳，可用澄清的石灰水檢驗二氧化碳的產(chǎn)生，乙圖中酒精燃燒也會產(chǎn)生二氧化碳會干擾實驗結(jié)果，故甲裝置圖得出的結(jié)論更可靠；
①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水；
②氯化鈉也是促進(jìn)鐵粉生銹的因素之一，即氯化鈉能加快鐵生銹；
（3）①實驗開始前必須先檢查裝置的氣密性；
③在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大，可將水準(zhǔn)管下移，減小燒瓶和量氣管內(nèi)的壓強(qiáng)；
④根據(jù)連通器的原理可以知道，為了使實驗結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)該移動調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管和量氣管中的液面相平后才能讀數(shù)；
【數(shù)據(jù)處理】
解：設(shè)鐵粉的質(zhì)量為X
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
562
X dv

=， 解得：X=28dv
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為： ×100%；
【交流討論】
丙裝置加入的硫酸占據(jù)了一定的空間，使測得的氣體的體積偏大，從而使得測定結(jié)果偏高；使用丁裝置產(chǎn)生氣體的體積應(yīng)該等于注射器內(nèi)氣體的體積減去滴加的硫酸的體積，即反應(yīng)生成的氫氣的體積為V2—V1mL；
（4）【實驗結(jié)論】

混合物中的鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵的同時得到氫氣，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；

設(shè)生成0.2g氫氣參加反應(yīng)鐵粉的質(zhì)量為x
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
56 2
X0.2g

則= 解得：x=5.6g，

根據(jù)反應(yīng)流程可知碳粉的質(zhì)量為1.9g，10.4g紅棕色粉末為Fe2O3，則未氧化變質(zhì)前Fe粉的質(zhì)量為：10.4g××100%=7.28g，則剩余鐵元素的質(zhì)量為7.28g-5.6g=1.68g，這1.68g的鐵元素發(fā)生了以下反應(yīng)Fe+2FeCl3=3FeCl2，即鐵單質(zhì)與氯化鐵中鐵元素的質(zhì)量比是1︰2，則參加反應(yīng)鐵單質(zhì)的質(zhì)量為1.68g×=0.56g，則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為5.6g+0.56g=6.16g；氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量為7.28g-6.16g=1.12g，則對應(yīng)氧化鐵的質(zhì)量為1.12g÷（×100%）=1.6g，故該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為=16%。