Question

【題目】某Fe3O4樣品中中可能含有的雜質(zhì)是Fe2O3和FeO其中的一種。為探究雜質(zhì)

的情況設(shè)計(jì)如下方案：

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】同學(xué)們稱取了34.92g該Fe3O4樣品用圖一進(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、乙兩個(gè)討論小組。

甲組：（1）B裝置中盛的是氫氧化鈉溶液，吸收生成的二氧化碳（2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O），B中帶孔玻璃球泡的作用是________________________________________。

（2）上述實(shí)驗(yàn)過程中，CO的作用有____________________（填序號(hào)）

①CO氣體作為反應(yīng)物

②實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，排盡裝置中的空氣，防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸

③停止加熱后，防止A中生成物被氧化

④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中

⑤對(duì)B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應(yīng)液充分接觸而反應(yīng)

乙組：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__________________________________________________；改進(jìn)為：在B裝置后接一盛有濃硫酸的吸水裝置，將B和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差。

【查閱資料】Fe2O3和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的，先生成Fe3O4，再生成FeO

（黑色），最后生成Fe；利用儀器測定并繪制成反應(yīng)

過程中A裝置中玻璃管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化

曲線（見下圖二）。

（1）寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：_______________________；

（2）確定：該Fe3O4樣品中含有的雜質(zhì)是____________________， 其中含F(xiàn)e3O4的質(zhì)量是__g，（不需要寫出過程

（已知Fe3O4、FeO、Fe2O3中鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為72.4%、77.8%、70.0%）

Answer 1

【答案】（1）增大氣體與液體的接觸面積，使反應(yīng)更充分

（2）①②③④⑤ ；乙組：CO從B中溶液里逸出時(shí)會(huì)帶出部分水蒸氣；

【查閱資料】 （1）Fe3O4+CO 3FeO+CO2（2）Fe2O3 31.32g

【解析】

試題分析：（1）二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，為了保證把二氧化碳全部除盡，故要增大二氧化碳?xì)怏w與氫氧化鈉溶液的接觸面積，使反應(yīng)更充分；

（2）上述實(shí)驗(yàn)過程中，CO氣體除作為反應(yīng)物外，還能起到的作用是：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，排盡裝置中的空氣，防止加熱時(shí)發(fā)生爆炸；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；將裝置中的CO2送入NaOH溶液中；對(duì)B中反應(yīng)物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應(yīng)液充分接觸而反；故順序是①②③④⑤；

乙組：CO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；

【查閱資料】

根據(jù)資料：（1）“Fe2O3和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的，先生成Fe3O4，再生成FeO，最后生成Fe”，故AB端生成的是氧化鐵，BC端生成的是氧化亞鐵，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為： Fe3O4+CO 3FeO+CO2；

（2）到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)．則混合物中鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=25.2g／34.92g×100%=72.16%，而Fe3O4鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=168／232 ×100%=72.4%，F(xiàn)eO鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=56／72×100%≈77.8% ；Fe2O3鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=112／160×100%=70%；所以該Fe3O4樣品中含有的雜質(zhì)是Fe2O3 ；設(shè)混合物中含F(xiàn)e3O4的質(zhì)量為x ，x×168／232 ×100%+（34.92-x）×112／160×100%=25.20g

解得：x=31.32g