Question

8．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使二氧化碳和氫氧化鈉充分反應(yīng)．
（2）上述實(shí)驗(yàn)過程中，CO的作用有①②③④⑤（填序號）
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CO從B中溶液里逸出時(shí)會(huì)帶出部分水蒸氣；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（如圖二）．
（1）寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）確定：該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃，其中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量是20.88g，（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

分析 甲組：（1）根據(jù)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(jìn)行分析；
（2）根據(jù)一氧化碳還原四氧化三鐵的作用進(jìn)行解答；
乙組：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；
（1）根據(jù)一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)氧元素的含量進(jìn)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(yīng)；
（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，故選：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；
（1）BC段發(fā)生的反應(yīng)是一氧化碳和氧化鐵在高溫的條件下反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，化學(xué)方程式為：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）只剩下鐵，即此時(shí)氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質(zhì)．
則混合物中鐵元素的質(zhì)量分$\frac{16.8g}{23.28g}$×100%=72.16%
而Fe₃O₄鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%=72.4%
FeO鐵元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)$\frac{56}{56+16}$×100%≈77.8%
Fe₂O₃鐵元素的質(zhì)量分$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=70%
所以該Fe₃O₄樣品中含有的雜質(zhì)是Fe₂O₃；
設(shè)混合物中含F(xiàn)e₃O₄的質(zhì)量為x．x×$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%+（23.28-x）×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案為：甲組：（1）使二氧化碳和氫氧化鈉充分反應(yīng)；
（2）①②③④⑤；
乙組：CO從B中溶液里逸出時(shí)會(huì)帶出部分水蒸氣；
（1）Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）Fe₂O₃；20.88g．

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