Question

13．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】利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計實驗加以甄別，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^實驗探究其組成．（裝置內(nèi)空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）
【實驗探究】

（1）甲同學(xué)取適量紅色粉末裝入試管中，按圖1進(jìn)行實驗．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)實驗結(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)行實驗．開始時緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時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）中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣．
（2）選擇Ⅰ組的實驗數(shù)據(jù)計算來確定紅色粉末的組成．最終計算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第⑤組（填序號）．
（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；實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為部分紅色粉末變黑．
（4）為了防止溶液倒吸，本實驗停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是因為一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中．
【反思評價】戊同學(xué)指出：從環(huán)保角度，上右圖裝置有嚴(yán)重不足之處．你認(rèn)為應(yīng)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)提出丁同學(xué)上述實驗中的CO還可以用H₂代替，并將上面右圖中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？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)計實驗加以甄別，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^實驗探究確定其組成．
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驗來確定是否有銅．
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．同時考查了一氧化碳還原氧化鐵的實驗操作要點實驗現(xiàn)象等，對氫氣的還原性也進(jìn)行了衍生．

解答 解：【實驗探究】
（1）根據(jù)資料 2Fe（OH）₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 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）第Ⅱ組數(shù)據(jù)，不能證明二氧化碳完全反應(yīng)；應(yīng)該選擇Ⅰ組的實驗數(shù)據(jù)計算來確定紅色粉末的組成．根據(jù)極值法計算法，最終計算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第⑤組；故答案為：Ⅰ；⑤；
（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\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實驗中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
（4）因為在反應(yīng)中一直通入CO氣體直至冷卻，B中溶液不會倒吸到A裝置中．故答案為：不需要；因為一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中；
【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．

點評 此類題目主要對煉鐵的實驗原理、實驗現(xiàn)象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實驗分析與評價等方面進(jìn)行考查．熟練掌握該實驗的反應(yīng)原理以及實驗注意事項是解決此類問題的關(guān)鍵．