Question

5．某Fe₃O₄樣品中可能含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃和FeO其中的一種．為探究雜質(zhì)的情況設(shè)計如下方案：
【實驗設(shè)計】同學(xué)們稱取了23.28g該Fe₃O₄樣品用圖①進行了下列實驗：

【實驗分析】因探究思路不同，興趣小組分成甲、乙、丙三個討論小組．
甲組；
（1）該組同學(xué)欲通過B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來計算確認(rèn)該Fe₃O₄樣品中的雜質(zhì)．B中的最佳試劑是②（填序號）．
①澄清石灰水    ②氫氧化鈉濃溶液      ③稀鹽酸    ④水
（2）上述實驗過程中，CO的作用有①②③④⑤（填序號）．
①CO氣體作為反應(yīng)物
②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸
③停止加熱后，防止A中生成物被氧化
④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤對B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應(yīng)液充分接觸而反應(yīng)乙組：
（3）乙組同學(xué)認(rèn)為B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差會偏小而影響計算、分析，你認(rèn)為他們的理由是CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；改進為在B裝置后接一盛有濃硫酸（填試劑名稱）的廣口瓶的吸水裝置，將B裝置和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差．
丙組：
（4）丙組同學(xué)將B裝置中液體改換為Ba（OH）₂溶液，通過測量生成的BaCO₃（填化學(xué)式）沉淀的質(zhì)量來計算求解．為了獲得沉淀，該組同學(xué)需要進行的操作有過濾→洗滌→干燥→稱量．
【查閱資料】
Fe₂Oa和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO（黑色），最后生成Fe；利用儀器測定并繪制成反應(yīng)過程中A裝置中玻璃管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化曲線（見圖②）．
（5）寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂．
（6）確定該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃，其中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量是20.88gg（不需要寫出過程）
（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為72.4%、77.8%、70.0%）．

Answer 1

分析 【實驗分析】甲組：（1）根據(jù)氫氧化鈉溶液用于吸收二氧化碳進行解答；
（2）根據(jù)一氧化碳還原四氧化三鐵的作用進行解答；
乙組：根據(jù)一氧化碳從B裝置中流出要帶走水蒸氣進行解答；
丙組：據(jù)二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀考慮；
【查閱資料】
（1）根據(jù)反應(yīng)進行程度判斷；
（2）根據(jù)氧元素的含量進行判斷．

解答 解：【實驗分析】甲組：（1）氫氧化鈣的溶解性很小，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；二氧化碳溶解水的能力也不大，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；稀鹽酸和二氧化碳不反應(yīng)；只有氫氧化鈉溶液保證把生成的二氧化碳全部吸收，故選用氫氧化鈉濃溶液；
（2）上述實驗過程中，CO氣體除作為反應(yīng)物外，還能起到的作用是：實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；停止加熱后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；將裝置中的CO₂送入NaOH溶液中；對B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應(yīng)液充分接觸而反，故答案為：①②③④⑤；
乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，而影響計算樣品中雜質(zhì)的質(zhì)量；濃硫酸具有吸水性，可作干燥劑；
丙組：二氧化碳與氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀；為獲得純凈的碳酸鋇可進行以下操作：過濾→洗滌→干燥→稱量；
【查閱資料】
（1）BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）到700℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì)．
則混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{16.8g}{23.28g}$×100%=72.16%
而Fe₃O₄鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%=72.4%
FeO鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{56}{56+16}$×100%≈77.8%
Fe₂O₃鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=70%
所以該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃．
設(shè)混合物中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量為x．x×$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%+（23.28-x）×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案為：（1）②
（2）①②③④⑤
（3）乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，濃硫酸；
（4）BaCO₃，洗滌，干燥；
（3）Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂，F(xiàn)e₂O₃，20.88g．

點評 本題考查一氧化碳還原鐵的氧化物的步驟、現(xiàn)象、化學(xué)反應(yīng)式的書寫，以及用不同的方法驗證鐵的存在，需要同學(xué)們具有比較全面的化學(xué)知識．