Question

3．某興趣小組在實驗中模擬煉鐵化學原理的實驗，對固體產(chǎn)物成分等進行探究．
【設計實驗】
用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實驗裝置如圖．
 
【進行實驗】
（1）實驗開始時，應先打開彈簧夾②（填“①”或“②”）．
（2）C處點燃酒精燈的目的是點燃一氧化碳，防止污染空氣．
【分析與討論】
實驗結束后，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅棕色全部變成黑色，小明認為該黑色固體全部是單質鐵，但小華提出了質疑，認為還可能是其它物質，如鐵的常見氧化物：氧化鐵、四氧化三鐵、氧化亞鐵（填名稱）．
【查閱資料】
上述氧化物中：氧化鐵為紅棕色，其余都為黑色；只有四氧化三鐵能被磁鐵吸引．
【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)黑色固體粉末全部能被吸引．
（2）進行猜想：黑色固體粉末可能a．全部為鐵  b．全部為四氧化三鐵  c．鐵和四氧化三鐵
（3）該小組按上述猜想設計實驗，在一定溫度下進行了實驗，測得下列數(shù)據(jù)：
①反應前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質量66.0g（玻璃管的質量為60.0g）
②反應后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質量m g（冷卻到室溫稱量）
【得出結論】
通過實驗中獲得的數(shù)據(jù)進行計算：
（1）若猜想a成立，則m=64.2；
（2）若猜想b成立，反應的化學方程式為）CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
（3）若猜想c成立，則m的取值范圍為：64.2＜m＜65.8．

Answer 1

分析 【進行實驗】（1）一氧化碳具有可燃性，實驗開始要先通一會一氧化碳排盡試管內(nèi)空氣，防止一氧化碳與空氣混合發(fā)生爆炸，；
（2）一氧化碳有毒，要進行尾氣處理；
【實驗與猜想】
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體進行猜測；
【得出結論】依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)結合氧化鐵的化學式可求出氧化鐵中氧的質量，再用反應前后物質的質量差與之比較判斷即可．

解答 解：
【進行實驗】（1）一氧化碳具有可燃性，實驗開始要先通一會一氧化碳排盡試管內(nèi)空氣，防止一氧化碳與空氣混合發(fā)生爆炸，；
（2）一氧化碳有毒，要進行尾氣處理；
【實驗與猜想】
（2）由于鐵與四氧化三鐵均能被磁鐵吸引，所以可對黑色固體的成分可能是：全部是鐵；全部是四氧化三鐵；兩者的混合物；
【得出結論】依據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的鐵元素質量是：6g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}×$100%=4.2g，由于反應前后元素的質量不變，所以若黑色粉末全部是鐵，則反應后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質量=60g+4.2g=64.2g；
假設全是四氧化三鐵，根據(jù)其反應方程式可計算出生成的四氧化三鐵的質量，設生成的四氧化三鐵質量是x
CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
   3×160       2×232
    6g            x
$\frac{3×160}{6g}=\frac{2×232}{x}$解得  x=5.8g
故若全部是四氧化三鐵，反應后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質量m=65.8g
若猜想c成立，則m的取值范圍為64.2＜m＜65.8．
 答案：
【進行實驗】
（1）②
（2）點燃一氧化碳，防止污染空氣
【分析與討論】氧化亞鐵
【實驗與猜想】
（2）鐵和四氧化三鐵
【得出結論】（1）64.2 （2）CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂ （3）64.2＜m＜65.8

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量不變，并會結合方程式分析即可順利解答．