Question

某研究性小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗．
Ⅰ．定性探究

在一定溫度下，該小組同學用一氧化碳還原純凈的氧化鐵（實驗裝置如圖1所示，從環(huán)保角度看，該小組設計的實驗裝置有不足之處，你認為該如何改進？

 

），觀察到玻璃管內(nèi)固體由紅色全部變?yōu)楹谏�．小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質(zhì)疑，于是大家分頭查閱資料．
【查閱資料】
（1）一氧化碳還原氧化鐵的固體產(chǎn)物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關．
（2）一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產(chǎn)物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵．
（3）

性質(zhì)物質(zhì)	四氧化三鐵	氧化亞鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	能

【實驗與猜想】
（1）該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發(fā)現(xiàn)黑色固體全部能被吸引，則該黑色固體中不可能含有

 

．
（2）進行猜想：黑色固體可能
a．全部為鐵        b．

 

       c．

 

Ⅱ．定量探究
取上述研磨后的黑色固體20g，設計如下實驗（如圖2所示）：

（1）小明同學的猜想是否成立？
（2）通過計算，確定20g黑色固體的成分及質(zhì)量（請寫出計算過程）．
【繼續(xù)試驗】
若要從以上探究所得FeSO₄、CuSO₄的混合溶液中回收銅和硫酸亞鐵晶體，可設計如下實驗方案（如圖3所示）：

（1）步驟①中，金屬X是

 

，該反應的化學方程式為

 

．
（2）步驟②中，加入過量稀硫酸的目的是

 

．

Answer 1

考點：鐵的冶煉,金屬的化學性質(zhì),酸的化學性質(zhì),書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式

專題：金屬與金屬材料

分析：Ⅰ定性探究：尾氣中含有一氧化碳，有毒；
【實驗與猜想】（1）根據(jù)題意黑色固體粉末全部能被吸引分析不可能含有的物質(zhì)；
（2）根據(jù)鐵和四氧化三鐵都是黑色、都能被磁鐵吸引，對黑色粉末進行猜想．
Ⅱ定量研究：（1）根據(jù)該黑色粉末與足量的硫酸銅溶液反應后的現(xiàn)象來分析解答．（2）根據(jù)化學方程式進行計算．
【繼續(xù)試驗】可以用過量的鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，因此X是鐵，過濾后得到銅和鐵的混合物；然后再加入過量的稀硫酸把鐵粉除去．

解答：解：Ⅰ定性探究：尾氣中的一氧化碳有毒會污染空氣，應該將尾氣點燃處理；
【實驗與猜想】（1）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化亞鐵；（2）由題意可知，黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物．
Ⅱ定量研究：（1）20g黑色固體粉末與足量的硫酸銅溶液充分反應后，得到硫酸亞鐵溶液和銅，說明黑色粉末中含有鐵，過濾得到的黑色固體是四氧化三鐵，則金屬混合物是鐵和四氧化三鐵的混合物；小明的猜想不成立；
（2）反應前后，固體質(zhì)量增加了20.8g-20g=0.8g，設黑色固體中鐵的質(zhì)量為x
Fe+CuSO₄═Cu+FeSO₄   固體質(zhì)量增加
56        64           64-56=8
x                       0.8g

56

8

=

x

0.8g

x=5.6g
四氧化三鐵的質(zhì)量：20g-5.6 g═14.4 g
【繼續(xù)試驗】可以用過量的鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，因此X是鐵；鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵；然后再加入過量的稀硫酸把銅粉和鐵粉混合物中的鐵粉除去，為了將混合物中的鐵粉除盡，所以加入的稀硫酸必須是過量的．
故答案為：Ⅰ．定性探究：點燃尾氣；
【實驗與猜想】（1）氧化亞鐵；（2）全部為四氧化三鐵；鐵與四氧化三鐵的混合物；
Ⅱ．定量研究：（1）不成立
（2）解：反應前后，固體質(zhì)量增加了20.8g-20g=0.8g，設黑色固體中鐵的質(zhì)量為x
Fe+CuSO₄═Cu+FeSO₄   固體質(zhì)量增加
56        64           64-56=8
x                       0.8g

56

8

=

x

0.8g

x=5.6 g           
四氧化三鐵的質(zhì)量：20g-5.6 g═14.4 g
答：20g黑色粉末中含有5.6g鐵粉和14.4g四氧化三鐵．
【繼續(xù)試驗】（1）Fe；Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；（2）除去過量的鐵．

點評：本題綜合性較強，較全面的考查了一氧化碳還原氧化鐵，尤其是利用數(shù)據(jù)對混合物的判斷增加了試題難度，掌握反應前后元素的質(zhì)量不變，并會結(jié)合方程式分析即可順利解答．關于金屬的活動性順序及其應用的探究，通過實驗現(xiàn)象、對實驗方法和過程的探究，在比較鑒別的基礎上，得出了正確的實驗結(jié)論．