Question

【題目】(20分)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23.28 g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)量變化來計算確認該Fe3O4樣品中的雜質(zhì)。B中的最佳試劑是______（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_______ （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，你認為他們的理由是_______ ；改進為在B裝置后接一盛有_______（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_______（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→_______→________→稱量。

【查閱資料】

Fe2O3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：______________ 。

（6）確定該Fe3O4樣品中含有的雜質(zhì)是_______，其中含F(xiàn)e3O4的質(zhì)量是_______g（不需要寫出過程）（已知Fe3O4、FeO、Fe2O3中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)分別為72.4%、77.8%、70.0%)。

Answer 1

【答案】（1）② （2）①②③④⑤

（3）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 （5）Fe3O4＋CO高溫3FeO＋CO2 （6）Fe2O3 21

【解析】

試題分析：（1）該組同學(xué)欲通過B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來計算確認該Fe3O4樣品中的雜質(zhì)，那么B裝置的主要目的就是吸收反應(yīng)生成的二氧化碳，故B中的最佳試劑是②，不用澄清石灰水的原因是氫氧化鈣的溶解度很小，吸收效果差

（2）上述實驗過程中，CO的作用有：①CO氣體作為反應(yīng)物，正確，②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸，正確，③停止加熱后，防止A中生成物被氧化，正確，④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中，正確，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)，正確，故選①②③④⑤

（3）乙組同學(xué)認為B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差會偏小而影響計算、分析，他們的理由是：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，使得質(zhì)量差偏�。挥捎跐饬蛩峋哂形�水性，故可改進為在B裝置后接一盛有濃硫酸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

（4）丙組同學(xué)將B裝置中液體改換為Ba(OH)2溶液，那么發(fā)生反應(yīng)：CO2 +Ba(OH)2 ==BaCO3↓+ H20，故可通過測量生成的BaCO3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

（5）根據(jù)資料：Fe2O3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 ，故BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe3O4＋CO高溫3FeO＋CO2

（6）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)結(jié)束后得到鐵的質(zhì)量為16.8g，說明原樣品中含鐵元素的質(zhì)量也為16.8g ，故鐵元素的質(zhì)量分數(shù)=16.8g/23.28g×100%=72.2%，本著“中間值或平均值”的思想，Fe3O4中鐵元素的質(zhì)量分數(shù)=77.8%>72.2%，那么另一種物質(zhì)的鐵元素質(zhì)量分數(shù)就要小于72.2%，故Fe3O4樣品中含有的雜質(zhì)是Fe2O3；可設(shè)含F(xiàn)e3O4的質(zhì)量是x，那么Fe2O3的質(zhì)量是（23.28g-x），故可列等式:

x×168/232×100%+（23.28g-x）×112/160×100%，可計算出x=21g