Question

3．某實(shí)驗(yàn)小組模擬高爐煉鐵的化學(xué)反應(yīng)原理設(shè)計(jì)了用一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖所示：
【提出問題】1．實(shí)驗(yàn)所用的氧化鐵完全反應(yīng)后，玻璃管中剩余的黑色固體成分．
2、反應(yīng)后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分．
【查閱資料】

常見鐵和鐵的氧化物	Fe	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態(tài)	黑色粉末	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	能	否	否	能

【探究1】玻璃管中剩余的黑色固體成分．
【初步驗(yàn)證】玻璃管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)一致認(rèn)為，黑色固體不可能是FeO和Fe₂O₃，理由是二者不能被磁鐵吸引．
【作出猜想】黑色固體可能：a．全部是Fe；b．全部是Fe₃O₄；c．Fe和Fe₃O₄的混合物．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】為確定黑色固體的成分，同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)你一起參與探究活動(dòng)．

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量稀硫酸	固體全部溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生	黑色固體全部是Fe3O4

【探究2】反應(yīng)后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分．
寫出B裝置中NaOH發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
【作出猜想】猜想一：溶質(zhì)是Na₂CO₃；猜想二：溶質(zhì)是Na₂CO₃和NaOH；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
（1）取少量溶液于試管中，加入CaCl2溶液；	產(chǎn)生白色沉淀	該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl
（2）將（1）反應(yīng)后的混合物過濾，取濾液加入無色酚酞	溶液不變色	猜想一成立

【反思與交流】（1）B裝置除了吸收CO₂氣體外，還有的作用是收集未反應(yīng)完的一氧化碳?xì)怏w，防止污染；
（2）為了避免加熱玻璃管時(shí)可能發(fā)生爆炸，在加熱前應(yīng)通一氧化碳排凈裝置中的空氣．

Answer 1

分析 【初步驗(yàn)證】根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知FeO和Fe₂O₃不能被磁鐵吸引，據(jù)此進(jìn)行分析；
【作出猜想】根據(jù)剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物，據(jù)此進(jìn)行分析；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)鐵和四氧化三鐵都能與酸反應(yīng)但現(xiàn)象不同進(jìn)行分析；
【探究2】根據(jù)堿與非金屬氧化物反應(yīng)生成鹽和水分析；
【作出猜想】根據(jù)氫氧化鈉溶液如沒有完全反應(yīng)，則溶液中的溶質(zhì)有氫氧化鈉和碳酸鈉兩種分析；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)碳酸鈉能和氯化鈣反應(yīng)生成白色沉淀，反應(yīng)后溶液顯中性分析；
【反思與交流】根據(jù)尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進(jìn)行處理分析；一氧化碳與空氣混合有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)前要先通一氧化碳一段時(shí)間后再進(jìn)行加熱．

解答 解：【初步驗(yàn)證】根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知FeO和Fe₂O₃不能被磁鐵吸引，實(shí)驗(yàn)中黑色粉末能被磁鐵全部吸引，說明不含這兩種物質(zhì)；
【作出猜想】根據(jù)剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)鐵和四氧化三鐵都能與酸反應(yīng)，但現(xiàn)象不同，根據(jù)結(jié)論固體全部是四氧化三鐵，沒有鐵，則加入稀硫酸后固體溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生；
【探究2】氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水，據(jù)此書寫化學(xué)方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【作出猜想】氫氧化鈉溶液如沒有完全反應(yīng)，則溶液中的溶質(zhì)有氫氧化鈉和碳酸鈉兩種，如完全反應(yīng)溶液中的溶質(zhì)只有碳酸鈉；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】碳酸鈉能和氯化鈣反應(yīng)生成白色沉淀，反應(yīng)后溶液顯中性；如加入氯化鈣后溶液仍顯堿性，說明原溶液中除了碳酸鈉溶質(zhì)外還含有氫氧化鈉，檢驗(yàn)溶液顯堿性常用無色酚酞溶液，能使無色酚酞溶液變紅，說明溶液顯堿性；
【反思與交流】根據(jù)尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進(jìn)行處理，所以裝置B除了吸收二氧化碳外還有收集尾氣，防止污染的作用；
一氧化碳與空氣混合有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)前要先通一氧化碳一段時(shí)間后再進(jìn)行加熱．
故答案為：【初步驗(yàn)證】二者不能被磁鐵吸引；
【作出猜想】Fe和Fe₃O₄的混合物；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】足量稀硫酸；固體全部溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生；
【探究2】2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【作出猜想】Na₂CO₃和NaOH；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】CaCl₂溶液；Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；無色酚酞；溶液不變色；
【反思與交流】收集未反應(yīng)完的一氧化碳?xì)怏w，防止污染；通一氧化碳排凈裝置中的空氣．

點(diǎn)評(píng) 此題考查了一氧化碳還原氧化鐵后剩余固體成份的探究，掌握鐵和鐵的氧化物的性質(zhì)以及尾氣的處理等知識(shí)點(diǎn)是解答的關(guān)鍵．