【題目】某興趣小組在復(fù)習(xí)鐵的冶煉時(shí),在參考資料上發(fā)現(xiàn)以下一段文字:已知在不同的溫度下,一氧化碳與鐵的氧化物反應(yīng)能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質(zhì))和二氧化碳,他們不禁產(chǎn)生了疑問(wèn):一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)真的是鐵粉嗎?于是他們進(jìn)行了以下探究:

[查閱資料]

資料一:鐵粉和四氧化三鐵粉末能被磁鐵吸引而氧化亞鐵(黑色)不能;

資料二:四氧化三鐵中鐵元素有+2、+3兩種化合價(jià),其化學(xué)式可用FeO·Fe2O3的形式表示。

[提出猜想]黑色物質(zhì)可能是四氧化三鐵、氧化亞鐵和鐵粉中的一種或幾種。

[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]興趣小組收集了一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):

實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

取少量黑色物質(zhì)用磁鐵吸引

黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引

取少量黑色物質(zhì)加入30%熱的鹽酸中

無(wú)氣泡、溶液顏色變?yōu)辄S綠色

取少量黑色物質(zhì)加入硫酸銅溶液中

無(wú)任何現(xiàn)象

[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]

1)甲實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明黑色物質(zhì)中沒(méi)有_______,乙、丙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明黑色物質(zhì)中沒(méi)有______;

2)生成的黑色物質(zhì)應(yīng)為四氧化三鐵;

3)寫(xiě)出黑色粉末和熱的鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________________________。

[拓展研究]

同學(xué)們對(duì)四氧化三鐵產(chǎn)生了興趣,從參考資料中找到氧化沉淀法生產(chǎn)復(fù)印用高檔四氧化三鐵粉的工藝流程簡(jiǎn)圖。

[生產(chǎn)流程]

[查閱資料]

資料一:硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如下表所示:

溫度/

0

10

30

50

60

70

80

90

溶解度/g

14.0

17.0

25.0

33.0

35.3

33.0

30.5

27.0

資料二:氫氧化亞鐵受氧氣氧化反應(yīng)原理為4Fe(OH)22H2OO2===4Fe(OH)3

資料三:獲得四氧化三鐵的反應(yīng)原理為Fe(OH)22Fe(OH)3Fe3O44H2O

[問(wèn)題討論]

1)溶解時(shí),用50 ℃80 ℃的熱水目的是____________________________________

2)寫(xiě)出加入適量氫氧化鈉溶液時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________________________。

3)上述過(guò)程中,要控制通一定量空氣的目的是____________________________

4)要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,則上述流程中產(chǎn)生的氫氧化亞鐵和氫氧化鐵的最佳質(zhì)量比為______________。

5)副產(chǎn)品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產(chǎn)品的操作順序是b→_____→_____→d。_______

a.過(guò)濾

b.加熱濃縮

c.冷卻結(jié)晶

d.晶體加熱至完全失去結(jié)晶水

[組成確定]

為確定用以上方法制得的四氧化三鐵中可能含有的雜質(zhì),同學(xué)們又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)探究。

[查閱資料]

資料一:難溶性堿受熱時(shí)能分解產(chǎn)生金屬氧化物和水(反應(yīng)中各種元素的化合價(jià)不變)

資料二:氧化鐵和一氧化碳反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的,先生成四氧化三鐵,再生成氧化亞鐵(黑色),最后生成鐵。

[提出猜想]

四氧化三鐵中可能含有的雜質(zhì)是氧化鐵和氧化亞鐵中的一種或兩種。

[實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]

同學(xué)們稱(chēng)取了23.28 g該四氧化三鐵樣品進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):

[實(shí)驗(yàn)分析]

因探究思路不同,興趣小組分成甲、乙兩小組。

甲組:

1)該組同學(xué)欲通過(guò)B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來(lái)計(jì)算確認(rèn)該四氧化三鐵樣品中的雜質(zhì),B中的最佳試劑是_________(填序號(hào))。

①澄清石灰水 ②氫氧化鈉濃溶液、巯←}酸 、芩

2)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,一氧化碳?xì)怏w除作為反應(yīng)物外,還能起到的作用是:

①實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),排盡裝置中的空氣,防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸;

②停止加熱后,防止A中生成物被氧化,B中的溶液倒吸入A中;

_____________________________________________

3)乙組同學(xué)認(rèn)為B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量差會(huì)偏小而影響計(jì)算、分析,你認(rèn)為他們的理由是_______________________________________________。

乙組:

利用儀器測(cè)定并繪制成反應(yīng)過(guò)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(xiàn)(如圖)

1)寫(xiě)出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式______________________________。

2)通過(guò)計(jì)算確定:該四氧化三鐵樣品中含有的雜質(zhì)是__________,其中含四氧化三鐵的質(zhì)量是____g(不需要寫(xiě)過(guò)程)

【答案】氧化亞鐵 Fe3O48HCl=FeCl22FeCl34H2O 50 ℃80 ℃時(shí),硫酸亞鐵的溶解度較大,有利于溶解的更多,提高產(chǎn)率 2NaOHFeSO4=Fe(OH)2Na2SO4 防止氫氧化亞鐵完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵 90214(45107) c a ③將裝置中的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中 一氧化碳從B中溶液里逸出時(shí)會(huì)帶出部分水蒸氣 Fe3O4CO3FeOCO2 氧化鐵 20.88 g

【解析】

[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]1)根據(jù)題意FeO不能被磁鐵吸引分析甲,根據(jù)鐵能與鹽酸、硫酸銅反應(yīng)的性質(zhì)分析乙、丙;

3)根據(jù)金屬氧化物與鹽酸生鹽和水,寫(xiě)出反應(yīng)的方程式;

[問(wèn)題討論]1)根據(jù)硫酸亞鐵的溶解度與溫度的關(guān)系進(jìn)行解答;

2)根據(jù)堿和鹽反應(yīng)進(jìn)行解答;

3)根據(jù)反應(yīng)條件可以影響反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行解答;

4)根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知Fe(OH)2Fe(OH)3的最佳質(zhì)量比;

5)根據(jù)硫酸鈉的溶解性以及固體物質(zhì)的分離方法進(jìn)行解答;

【實(shí)驗(yàn)分析】

甲組:(1)根據(jù)氫氧化鈉溶液用于吸收二氧化碳進(jìn)行解答;

2)根據(jù)一氧化碳還原四氧化三鐵的作用進(jìn)行解答;

3)根據(jù)一氧化碳從B裝置中流出要帶走水蒸氣進(jìn)行解答;

乙組:(1)根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行程度判斷;

2)根據(jù)氧元素的含量進(jìn)行判斷.根據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒計(jì)算。

[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]

(1)實(shí)驗(yàn)甲中看到黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引,說(shuō)明沒(méi)有氧化亞鐵;實(shí)驗(yàn)丙中取少量黑色物質(zhì)加入硫酸銅溶液中無(wú)任何現(xiàn)象,說(shuō)明沒(méi)有鐵;

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知黑色固體為四氧化三鐵,和鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵、氯化亞鐵和水。黑色粉末和熱的鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式:Fe3O48HCl=FeCl22FeCl34H2O;

[問(wèn)題討論]

(1)根據(jù)圖表中的信息可知,在50 ℃至80 ℃的熱水中,硫酸亞鐵的溶解度較大,利于溶解更多的硫酸亞鐵,提高產(chǎn)率;

(2)氫氧化鈉和硫酸亞鐵反應(yīng)生成氫氧化亞鐵和硫酸鈉:2NaOH+FeSO4=Fe(OH)2+Na2SO4 ;

(3)上述過(guò)程中,要控制通一定量空氣的目的是控制氫氧化亞鐵轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵的量,防止氫氧化亞鐵完全轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵;

(4)要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,上述流程中產(chǎn)生的氫氧化亞鐵與氫氧化鐵的物質(zhì)的量之比為12,最佳質(zhì)量比為90214(45107);

(5)根據(jù)硫酸鈉晶體的溶解度隨溫度的升高而增大,采用加熱濃縮、冷卻結(jié)晶的方法,再過(guò)濾,晶體加熱至完全失去結(jié)晶水,得到硫酸鈉,故答案為:c a

[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]

甲組:(1)氫氧化鈣的溶解性很小,不能保證把生成的二氧化碳全部吸收;二氧化碳溶解水的能力也不大,不能保證把生成的二氧化碳全部吸收;稀鹽酸和二氧化碳不反應(yīng);只有氫氧化鈉溶液保證把生成的二氧化碳全部吸收,故選用氫氧化鈉濃溶液,即選②;

(2)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,一氧化碳?xì)怏w除作為反應(yīng)物外,還能起到的作用是:

①實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),排盡裝置中的空氣,防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸;

②停止加熱后,防止A中生成物被氧化,B中的溶液倒吸入A中;

③將裝置中的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中;

(3)一氧化碳從B中溶液里逸出時(shí)會(huì)帶出部分水蒸氣,而影響計(jì)算樣品中雜質(zhì)的質(zhì)量;

乙組:(1)BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:Fe3O4CO3FeOCO2

(2)700 ℃時(shí)只剩下鐵,即此時(shí)氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì),

混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%72.16%;

四氧化三鐵鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%72.4%

氧化亞鐵鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%≈77.8%;

氧化鐵鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=×100%70%,

所以該四氧化三鐵樣品中含有的雜質(zhì)是氧化鐵;

設(shè)混合物中含四氧化三鐵的質(zhì)量為x,則×100%(23.28 gx)××100%16.80g,x20.88g。

練習(xí)冊(cè)系列答案
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A.2.5 mol·L1 28.57%B.2.2 mol·L1 23.07%

C.1.5 mol·L1 24.55%D.2.5 mol·L1 18.37%

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A.該濃硫酸的物質(zhì)的量濃度為18.4mol/L

B.需要該濃硫酸的體積為60mL

C.配制稀硫酸時(shí),將量好的濃硫酸注入容量瓶中,并加入適量的水

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①氧化鐵與一氧化碳反應(yīng)______________________;

②氧化鐵與鋁發(fā)生鋁熱反應(yīng)____________________;

③氫氣還原氧化亞鐵________________________;

④氧化亞鐵在高溫下轉(zhuǎn)化為四氧化三鐵_____________________。

(2)上述各反應(yīng)中氧化鐵或氧化亞鐵表現(xiàn)的氧化性或還原性:

___________________;②____________________

___________________;④_____________________。

(3)從鐵元素的化合價(jià)分析說(shuō)明:

①氧化鐵具有的性質(zhì)_______________________________。

②氧化亞鐵具有的性質(zhì)_____________________________

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A.能使甲基橙變紅的溶液中:Na+、Al3+、Br-CH3COO-

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C.0.1mol·L-1NaHSO3溶液中:Na+NH、ClO-、MnO

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A. B. C. D.

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1B中盛一定量的NaOH溶液,A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是____________,A中反應(yīng)的離子方程式是:_________

2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)就先將活塞E______(打開(kāi)關(guān)閉”),C中收集到氣體的主要成分是________

3)簡(jiǎn)述生成Fe(OH)2的操作過(guò)程________________。

4)拔去裝置B中的橡皮塞,使空氣進(jìn)入,寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:__________。

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【題目】近年科學(xué)家提出“綠色自由”構(gòu)想。把空氣中的CO2進(jìn)行轉(zhuǎn)化,并使之與H2反應(yīng)生成可再生能源甲醇。

1)工業(yè)生產(chǎn)中可利用H2還原CO2制備清潔能源甲醇。

①下列關(guān)于氫能的說(shuō)法正確的是____。

A.氫能是清潔能源 B.氫能是二次能源

C.氫能是不可再生能源 D.氣態(tài)氫能源更容易保存和運(yùn)輸

②已知COg)和H2g)的燃燒熱(△H)分別為-283.0kJmol-1-285.8kJmol-1。COH2合成甲醇的能量變化如圖甲所示:

則用CO2g)和H2g)制備液態(tài)甲醇的熱化學(xué)方程式為____。

③將一定量的CO2H2充入到某恒容密閉容器中,測(cè)得在不同催化劑作用下,相同時(shí)間內(nèi)CO2的轉(zhuǎn)化率與溫度的變化如圖乙所示:催化效果最好的是催化劑____(選填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

2)利用CO和水蒸氣可生產(chǎn)H2,反應(yīng)的化學(xué)方程式:COg+H2OgCO2g+H2g)。將不同量的COg)和H2Og)分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中進(jìn)行如下反應(yīng),得到三組數(shù)據(jù)如表所示:

溫度/

起始量

達(dá)到平衡

CO/mol

H2O/mol

H2/mol

CO轉(zhuǎn)化率

時(shí)間/min

650

4

2

1.6

10

900

3

2

5

900℃時(shí),達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)速率vH2O=____。(保留2位小數(shù))。

3)科學(xué)家還研究了其他轉(zhuǎn)化溫室氣體的方法,利用如圖所示裝置可以將CO2轉(zhuǎn)化為氣體燃料CO。該裝置工作時(shí),N電極的電極反應(yīng)式為____。

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