Question

某化學(xué)興趣小組有一次活動的內(nèi)容是：對一包干燥的紅色粉末組成進(jìn)行探究．請你參與并回答有關(guān)問題．
教師提醒：它由Cu、Fe₂O₃、Fe（OH）₃三種固體中的一種或兩種組成．
提出猜想：紅色粉末可能的組成有：
①只有Cu    ②只有Fe₂O₃③是Cu、Fe（OH）₃的混合物
④是Fe₂O₃、Fe（OH）₃的混合物     ⑤是Cu、Fe₂O₃的混合物     ⑥只有Fe（OH）₃
資料獲悉：（1）2Fe（OH）₃

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
（2）Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂
探究思路：利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以甄別，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)探究其組成．
（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

 

．（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

 

的觀點(diǎn)正確（填“乙”或“丙”）．
（3）丁同學(xué)為進(jìn)一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質(zhì)玻璃管中，按圖2在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．開始時(shí)緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時(shí)間后再加熱使其充分反應(yīng)．待反應(yīng)完全后，停止加熱，仍繼續(xù)通CO氣體直至玻璃管冷卻．反應(yīng)前后稱量相關(guān)裝置和物質(zhì)的總質(zhì)量，其數(shù)據(jù)如下表：

	反應(yīng)前	反應(yīng)后
Ⅰ 組	玻璃管和紅色粉末的總質(zhì)量為37.3g	玻璃管和固體物質(zhì)的總質(zhì)量為36.1g
Ⅱ 組	洗氣瓶和所盛溶液的總質(zhì)量為180.0g	洗氣瓶和瓶中物質(zhì)的總質(zhì)量為183.1g

交流討論：
①在裝置A中先通CO氣體的作用是

 

．
②應(yīng)該選擇

 

組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．最終計(jì)算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第

 

組（填序號）．
③寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為

 

．
④為了防止溶液倒吸，本實(shí)驗(yàn)停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？

 

（填“需要”或“不需要”），理由是

 

．
反思評價(jià)：戊同學(xué)指出：從環(huán)保角度，圖29-2裝置有嚴(yán)重不足之處．請指出不足并加以改進(jìn)？

 

．
拓展延伸：有同學(xué)提出丁同學(xué)上述實(shí)驗(yàn)中的CO還可以用H₂代替，并將圖2中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，你認(rèn)為是否可行？

 

（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．
因此主要是利用了氫氧化鐵受熱能分解生成水，可以通過無水硫酸銅粉末顏色的變化進(jìn)行確定，銅不與鹽酸反應(yīng)卻能與氯化鐵反應(yīng)，一氧化碳是可燃性氣體，不純遇熱可能會發(fā)生爆炸現(xiàn)象，此氣體有毒，實(shí)驗(yàn)中必須進(jìn)行尾氣處理，能還原氧化鐵生成黑色的鐵粉和二氧化碳，定量研究混合物的組成必須保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性．

解答：解：實(shí)驗(yàn)探究：（1）無水CuSO₄沒有變藍(lán)，說明沒有水生成，而氫氧化鐵能分解生成水，所以不可能含有氫氧化鐵；
（2）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，而銅不能與鹽酸反應(yīng)，氧化鐵能與鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵，生成的氯化鐵能與銅反應(yīng)生成氯化亞鐵和氯化銅，所以不能只含有銅，丙的觀點(diǎn)正確．
交流討論：（1）一氧化碳屬于可燃性氣體，不純遇熱可能發(fā)生爆炸；
（2）Ⅱ組實(shí)驗(yàn)使用的是石灰水吸收二氧化碳，吸收的不夠完全使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，應(yīng)該使用Ⅰ組數(shù)據(jù)進(jìn)行確定，
設(shè)粉末中氧化鐵的質(zhì)量為x
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂   固體△m
    160         112          48
     x                       1.2g

160

X

=

48

1.2g

    x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
（3）氧化鐵能與一氧化碳反應(yīng)生成黑色的鐵粉，而銅不與一氧化碳反應(yīng)；
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需要繼續(xù)通入一氧化碳直到玻璃管冷卻，不會出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象；
反思評價(jià)：一氧化碳有毒，需要進(jìn)行尾氣處理；
拓展延伸：氫氣具有還原性，能代替一氧化碳來還原氧化鐵，生成的水能被堿石灰充分吸收
故答案為：（1）③④⑥；
（2）丙；
（3）①排盡裝置中空氣，防止發(fā)生爆炸；
②I；⑤
③Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；紅棕色粉未變黑色
④不需要，因?yàn)橥Ｖ辜訜崛岳^續(xù)通CO至玻璃管冷卻
沒有進(jìn)行尾氣處理； 應(yīng)在B裝置后加酒精燈點(diǎn)燃或用氣球回收；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(jià)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．