Question

8．某Fe₃O₄樣品中中可能含有的雜質是Fe₂O₃和FeO其中的一種．為探究雜質的情況設計如下方案：
實驗設計：同學們稱取了34.92g該Fe₃O₄樣品用圖一進行了下列實驗：
實驗分析：因探究思路不同，興趣小組分成甲、乙兩個討論小組．
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使二氧化碳和氫氧化鈉充分反應．
（2）上述實驗過程中，CO的作用有①②③④⑤（填序號）
①CO氣體作為反應物
②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(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B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應液充分接觸而反應
乙組：乙組同學認為B裝置反應前后的質量差會偏小而影響計算、分析，你認為他們的理由是CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；改進為：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反應是隨溫度升高而逐步進行的，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過程中A裝置中玻璃管內的固體質量隨溫度的變化曲線（如圖二）．
（1）寫出BC段發(fā)生反應的化學方程式：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）確定：該Fe₃O₄樣品中含有的雜質是Fe₂O₃，其中含F(xiàn)e₃O₄的質量是20.88g，（不需要寫出過程）
（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中鐵元素質量分數(shù)分別為72.4%、77.8%、70.0%）

Answer 1

分析 甲組：（1）根據B中帶孔玻璃球泡可以增大二氧化碳和氫氧化鈉的接觸面積進行分析；
（2）根據一氧化碳還原四氧化三鐵的作用進行解答；
乙組：根據一氧化碳從B裝置中流出要帶走水蒸氣進行解答；
（1）根據一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳進行分析；
（2）根據氧元素的含量進行判斷．

解答 解：甲組：（1）B中帶孔玻璃球泡可以增大二氧化碳和氫氧化鈉的接觸面積，所以B中帶孔玻璃球泡的作用是：使二氧化碳和氫氧化鈉充分反應；
（2）上述實驗過程中，CO氣體除作為反應物外，還能起到的作用是：實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(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B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO₂與反應液充分接觸而反，故選：①②③④⑤；
乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，而影響計算樣品中雜質的質量；
（1）BC段發(fā)生的反應是一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應生成鐵和二氧化碳，化學方程式為：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質．
則混合物中鐵元素的質量分$\frac{16.8g}{23.28g}$×100%=72.16%
而Fe₃O₄鐵元素的質量分數(shù)$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%=72.4%
FeO鐵元素的質量分數(shù)$\frac{56}{56+16}$×100%≈77.8%
Fe₂O₃鐵元素的質量分$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=70%
所以該Fe₃O₄樣品中含有的雜質是Fe₂O₃；
設混合物中含F(xiàn)e₃O₄的質量為x．x×$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%+（23.28-x）×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案為：甲組：（1）使二氧化碳和氫氧化鈉充分反應；
（2）①②③④⑤；
乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；
（1）Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）Fe₂O₃；20.88g．

點評 本題考查一氧化碳還原鐵的氧化物的步驟、現(xiàn)象、化學反應式的書寫，以及用不同的方法驗證鐵的存在，需要同學們具有比較全面的化學知識．