【題目】下圖是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書,小王等同學(xué)閱讀了使用說明后,對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣,和同學(xué)們一起進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。

(1)【初步探究成分及發(fā)熱原理】
【提出問題】“暖寶寶”為什么能發(fā)熱?
【做出猜想】“暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉氧化(即生銹)的過程。
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】

實(shí)驗(yàn)操作

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

解釋或結(jié)論

步驟1

取A、B兩袋“暖寶寶”,將A袋按使用說明打開外袋取出內(nèi)袋;而B袋不打開外袋。并將兩袋樣品放置在同樣的環(huán)境中。

A袋的“暖寶寶”溫度很快上升;B袋溫度

“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內(nèi)物質(zhì)與接觸。

步驟2

24小時后,分別剪開A、B兩袋,各取少量袋內(nèi)物質(zhì)于兩支試管中,分別加入適量稀鹽酸。

A袋內(nèi)物質(zhì)部分溶解,產(chǎn)生黃色溶液;B袋內(nèi)物質(zhì)

用化學(xué)方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應(yīng)

【得出結(jié)論】 “暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉發(fā)生氧化(生銹)的過程。

【繼續(xù)探究】小王和同學(xué)們想繼續(xù)探究“暖寶寶”發(fā)熱后,剩余物質(zhì)中是否還含有活性炭,他們?nèi)∵m量A袋內(nèi)物質(zhì)于燒杯內(nèi),加入過量 , 充分反應(yīng)后過濾,洗滌、干燥濾渣。
為進(jìn)一步驗(yàn)證黑色濾渣的成分,小王和小李同學(xué)分別設(shè)計(jì)了甲、乙兩個如圖所示的裝置,點(diǎn)燃濾渣,用澄清石灰水驗(yàn)證產(chǎn)物,你認(rèn)為圖的裝置結(jié)論更可靠,理由是。

同學(xué)們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程,從原料角度分析“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因?yàn)椋?/span>
①鐵呈粉末狀,活性炭有吸附性,促使鐵能與氧氣、水等反應(yīng)更快;②;
(2)【測定“暖寶寶”中的含鐵量】
取一片包裝完好的“暖寶寶”,剪開包裝,利用袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【實(shí)驗(yàn)方法】 取樣品m g,利用如圖丙所示裝置與藥品,測反應(yīng)后生成氣體的體積。

【實(shí)驗(yàn)步驟】① 連接儀器,;
② 將實(shí)驗(yàn)所用藥品裝入各儀器中,記錄量氣管初始刻度;
③ 打開分液漏斗活塞,加入足量稀硫酸至不再有氣泡冒出。在實(shí)驗(yàn)過程中,若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大,可將水準(zhǔn)管(填“上提”或“下移”);
④ 等恢復(fù)至室溫,并后,再次記錄量氣管刻度。
(3)【數(shù)據(jù)處理】
若實(shí)驗(yàn)條件下,氫氣的密度為d g/mL,測得氫氣體積為v mL。則該“暖寶寶”中鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為。(用含dvm的字母表示)
(4)【交流討論】利用丙裝置,即使操作無失誤,測量結(jié)果仍會偏大,原因是_,
小王重新設(shè)計(jì)了一個如圖丁的實(shí)驗(yàn)裝置,利用該裝置實(shí)驗(yàn)時,在氣密性良好的前提下,如果往錐形瓶中注入的稀硫酸體積為V1 mL,充分反應(yīng)后,右側(cè)針筒中氣體變化的讀數(shù)為V2 mL,則反應(yīng)生成的氫氣的體積為_ mL。
(5)【測定“暖寶寶”中的氧化鐵的含量】
小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”,剪開包裝,取10g袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【查閱資料】① 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O ② Fe + 2 FeCl3 = 3 FeCl2
③ 在HCl和FeCl3的混合溶液中Fe先與FeCl3反應(yīng)
【實(shí)驗(yàn)記錄】

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】①寫出產(chǎn)生氣體的化學(xué)方程式___
②經(jīng)該實(shí)驗(yàn)測定,該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 _ 。(寫出計(jì)算過程)

【答案】
(1)無明顯變化,O2 (或空氣),部分溶解,有氣泡產(chǎn)生,淺綠色溶液,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,稀鹽酸或稀硫酸,甲,乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實(shí)驗(yàn),氯化鈉能加快鐵生銹
(2)檢查裝置氣密性,下移,調(diào)節(jié)量氣管與水準(zhǔn)管兩邊液面相平
(3) ×100%
(4)滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積,V2—V1
(5)Fe+2HCl=FeCl2+H2↑,16%
【解析】【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】A袋中的物質(zhì)與空氣接觸,只有鐵常溫能與氧氣反應(yīng)放出熱量,生成鐵銹(主要成分是Fe2O3),F(xiàn)e2O3與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水,氯化鐵的溶液呈黃色,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O;B袋沒有打開外袋,鐵粉沒有與氧氣接觸,不能發(fā)生緩慢氧化,故溫度無明顯變化,加入鹽酸,鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣,氯化亞鐵的溶液呈淺綠色;

【繼續(xù)探究】根據(jù)鐵與鹽酸反應(yīng),活性炭和鹽酸不反應(yīng)的原理,加入過量的稀鹽酸除去鐵粉;根據(jù)活性炭燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳,可用澄清的石灰水檢驗(yàn)二氧化碳的產(chǎn)生,乙圖中酒精燃燒也會產(chǎn)生二氧化碳會干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果,故甲裝置圖得出的結(jié)論更可靠;①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水;②氯化鈉也是促進(jìn)鐵粉生銹的因素之一,即氯化鈉能加快鐵生銹;①實(shí)驗(yàn)開始前必須先檢查裝置的氣密性;③在實(shí)驗(yàn)過程中,若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大,可將水準(zhǔn)管下移,減小燒瓶和量氣管內(nèi)的壓強(qiáng);④根據(jù)連通器的原理可以知道,為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確,應(yīng)該移動調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管和量氣管中的液面相平后才能讀數(shù);【數(shù)據(jù)處理】

解:設(shè)鐵粉的質(zhì)量為X

Fe+2HCl=FeCl2+

H2

56

2

x

dv

= , 解得:X=28dv

鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為: ×100%;

【交流討論】

丙裝置加入的硫酸占據(jù)了一定的空間,使測得的氣體的體積偏大,從而使得測定結(jié)果偏高;使用丁裝置產(chǎn)生氣體的體積應(yīng)該等于注射器內(nèi)氣體的體積減去滴加的硫酸的體積,即反應(yīng)生成的氫氣的體積為V2—V1mL;

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】

混合物中的鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵的同時得到氫氣,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Fe+2HCl=FeCl2+H2↑;

設(shè)生成0.2g氫氣參加反應(yīng)鐵粉的質(zhì)量為x

Fe+2HCl=FeCl2+

H2

56

2

x

0.2g

= 解得:x=5.6g,

根據(jù)反應(yīng)流程可知碳粉的質(zhì)量為1.9g,10.4g紅棕色粉末為Fe2O3,則未氧化變質(zhì)前Fe粉的質(zhì)量為:10.4g× ×100%=7.28g,則剩余鐵元素的質(zhì)量為7.28g-5.6g=1.68g,這1.68g的鐵元素發(fā)生了以下反應(yīng)Fe+2FeCl3=3FeCl2,即鐵單質(zhì)與氯化鐵中鐵元素的質(zhì)量比是1︰2,則參加反應(yīng)鐵單質(zhì)的質(zhì)量為1.68g× =0.56g,則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為5.6g+0.56g=6.16g;氧化鐵中鐵元素的質(zhì)量為7.28g-6.16g=1.12g,則對應(yīng)氧化鐵的質(zhì)量為1.12g÷( ×100%)=1.6g,故該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 =16%。
所以答案是:無明顯變化;O2 (或空氣);部分溶解,有氣泡產(chǎn)生,淺綠色溶液;Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O;稀鹽酸或稀硫酸;甲;乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實(shí)驗(yàn);氯化鈉能加快鐵生銹;檢查裝置氣密性;下移;調(diào)節(jié)量氣管與水準(zhǔn)管兩邊液面相平;;滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積;V2—V1;Fe+2HCl=FeCl2+H2↑;16%。

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