Question

12．一包干燥的紅色粉末可能含有Cu、Fe₂O₃、Fe（OH）₃三種固體中的一種或兩種組成．為確定其組成，請你參與探究．
【提出猜想】紅色粉末可能的組成有：
①只有Cu   ②只有Fe₂O₃  ③只有Fe（OH）₃④是Fe₂O₃與Fe（OH）₃的混合物
⑤是Cu與Fe₂O₃的混合物  ⑥是Cu與Fe（OH）₃的混合物
【資料獲悉】
（1）2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O    
（2）白色無水CuSO₄遇水變藍(lán)；
（3）Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂
探究思路】利用性質(zhì)差異，先確定是否含F(xiàn)e（OH）₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇
適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄌ骄科浣M成．（裝置內(nèi)空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計(jì)）
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）甲同學(xué)取適量紅色粉末裝入試管中，按圖1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．結(jié)果無水CuSO₄沒有變藍(lán)，從而排除猜想中的③④⑥（填猜想中的序號）．

（2）在甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上，乙同學(xué)另取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色．乙同學(xué)認(rèn)為可以排除猜想中的①和⑤，而丙同學(xué)認(rèn)為只能排除猜想①，你認(rèn)為丙的觀點(diǎn)正確（填“乙”或“丙”）．
（3）為確定紅色粉末的組成，丁同學(xué)提出提出兩種方案：a通過A裝置質(zhì)量變化來計(jì)算，b通過B裝置質(zhì)量變化來計(jì)算．
【交流討論】
（1）中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）．
（2）選擇a（填a或b）方案實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算確定紅色粉末的組成更合理．
（3）A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為部分紅色粉末變黑．
【反思評價】戊同學(xué)指出：從環(huán)保角度，裝置有嚴(yán)重不足之處．你認(rèn)為該如何改進(jìn)？在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉．
【拓展延伸】有同學(xué)提出用H₂代替CO，并將B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管也能確定其組成，你認(rèn)為是否可行？可行（填“可行”或“不可行”）．

Answer 1

分析 本題是一道綜合性探究題，利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以甄別，來探究紅色粉末的組成，先分別探究其中是否含有Fe（OH）₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄍㄟ^實(shí)驗(yàn)探究確定其組成．
根據(jù)【資料獲悉】中的（1）（2）（3）和探究（1）可排除猜想中的 ③④⑥，
根據(jù)【資料獲悉】（3）和探究（2）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物，探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實(shí)驗(yàn)來確定是否有銅．
探究（3）要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．應(yīng)考慮到CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，顯然，該裝置沒有對尾氣進(jìn)行處理．
在探究的同時也出現(xiàn)了與上述高考題中相同的防倒吸及尾氣處理等考點(diǎn)．同時考查了一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等，對氫氣的還原性也進(jìn)行了衍生．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）根據(jù)資料 2Fe（OH）₃ $\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O，白色無水CuSO₄遇水變藍(lán)；加熱紅色粉末，結(jié)果無水CuSO₄沒有變藍(lán)，從而排除猜想中的含有Fe（OH）₃的選項(xiàng)③④⑥；故答案為：③④⑥；
（2）根據(jù)資料：Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂ ；取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物；
所以說丙同學(xué)的觀點(diǎn)正確；故答案為：丙；
【交流討論】
（1）根據(jù)CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．所以在裝置A中先通CO氣體的作用是：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
故答案為：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
（2）B裝置，不能證明二氧化碳完全反應(yīng)；應(yīng)該選擇A裝置中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．故答案為：a；
（3）A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
【反思評價】
此反應(yīng)應(yīng)考慮到CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，顯然，該裝置沒有對尾氣進(jìn)行處理；所以圖裝置有嚴(yán)重不足之處．改進(jìn)方法為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；
故答案為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；
【拓展延伸】：CO還可以用H₂代替，B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管，來確定該紅色粉末的組成，可行；故答案為：可行．
（（16分），各2分）（1）③④⑥；     （2）丙
【交流討論】（1）排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
（2）a； （3）3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
【反思評價】在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）
【拓展延伸】可行．

點(diǎn)評 此類題目主要對煉鐵的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實(shí)驗(yàn)分析與評價等方面進(jìn)行考查．熟練掌握該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是解決此類問題的關(guān)鍵．