Question

固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成．某研究性學習小組選用圖17中裝置（夾持儀器已略去，實驗前均已檢查裝置氣密性）探究X與過量炭粉發(fā)生反應時，除生成CO₂外，是否還有其他氣體產物．
請回答：
（1）若按甲→丙→丁的順序連接裝置，則

 

（填上圖裝置代號）裝置中的儀器和試劑需稱量．開始反應，氣體經充分吸收后，分析數據發(fā)現，消耗碳、氧元素的質量大于生成CO₂的質量，可能的原因除產生了CO₂外的其他氣體產物，還可能是

 

．
（2）為使實驗測得的數據更能準確說明問題，一些同學按乙→丁→戌的順序連接裝置進行實驗，并且加熱前先通一會兒氣體M，停止加熱后再通一會兒該氣體．
①氣體M可能是

 

（填字母）．
a．CO₂     b．H₂     c．N₂     d．CO     e．O₂
②停止加熱后再通一會兒氣體M的原因是

 

．
（3）以上兩套裝置均存在同樣的明顯缺陷是

 

．
（4）該小組同學設計實驗（如圖）將X進行轉化（每一步均反應完全）：

①生成氣體B的化學方程式是

 

．
②將固體D投入過量稀硫酸并充分反應后，過濾，再向濾液加入雙氧水，得黃色溶液；寫出當加入雙氧水時溶液中發(fā)生反應的離子方程式：

 

．
③若已知固體X的質量為7.2g，反應中Al粉的質量是2.7g，氣體B在標準狀況下的體積為672mL，則固體D的質量是

 

g．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）探究Fe₂O₃、CuO組成的混合物與過量炭粉發(fā)生反應的氣體產物：若按甲→丙→丁的順序連接裝置，原理為根據反應前后質量守恒判斷，甲中裝有Fe₂O₃、CuO、丙作為反應的緩沖瓶，丁中二氧化碳和堿反應生成鹽，根據甲中固體質量變化以及丙裝置中吸收的二氧化碳的質量進行判斷，所以需稱量裝置中的甲、丁儀器，分析數據發(fā)現，消耗碳、氧元素的質量大于生成CO₂的質量，可能的原因除產生了CO₂外的其他氣體產物，還可能是生成CO₂氣體殘留在裝置中；
（2）①按乙→丁→戌的順序連接裝置進行實驗，乙用硬質玻璃管連接，說明可以通入氣體趕走裝置中的空氣，因空氣中的氧氣可以和鐵反應，可以和碳反應影響測定結果，選擇通入的氣體不能與碳、鐵、氧化鐵反應；
②停止加熱后再通一會兒氣體氮氣，將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，因丁裝置吸收二氧化碳，需再通一會兒氣體氮氣，防止溶液發(fā)生倒吸；
（3）若有無色無味有毒一氧化碳生成，一氧化碳不能直接排空，要用尾氣處理裝置處理；
（4）①固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，與鋁粉發(fā)生鋁熱反應，產物為鐵、銅可能還有過量的鋁；加入氫氧化鈉能產生氣體的只有鋁，據此分析書寫化學方程式；
②固體D為鐵、銅，將固體D投入過量稀硫酸并充分反應后，鐵和硫酸反應，生成亞鐵離子，加入雙氧水，雙氧水氧化亞鐵離子生成鐵離子；
③固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，氣體B為氫氣，固體D為鐵、銅，據此分析計算．

解答： 解：（1）探究Fe₂O₃、CuO組成的混合物與過量炭粉發(fā)生反應的氣體產物：若按甲→丙→丁的順序連接裝置，甲中減少的質量為碳、氧元素減少的質量，丙中增加的質量為二氧化碳的質量，根據、碳氧元素守恒，判斷出除二氧化碳外是否還有其它氣體產物，所以需稱量裝置中的甲、丁儀器，如果消耗碳、氧元素的質量大于生成CO₂的質量，有兩種可能，一是除產生了CO₂外，還生成其他氣體，二是生成CO₂氣體殘留在裝置中，
故答案為：甲、��；生成CO₂氣體殘留在裝置中；
（2）①碳能和二氧化碳反應，氫氣能和氧化鐵反應，一氧化碳可和氧化鐵反應，氧氣能和鐵反應，它們會影響測定結果，所以設計的實驗裝置中有空氣存在時，選擇加熱前先通入N₂排盡裝置中的空氣，
故選c；   
②該實驗是通過測定二氧化碳的質量以及固體X中碳氧質量變化進行對比判斷是否有其它產物生成，所以二氧化碳不全部進入丁裝置影響測定結果，所以需停止加熱后再通一會兒氣體氮氣，將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，因丁裝置吸收二氧化碳可能產生倒吸，所以需再通一會兒氣體氮氣，
故答案為：將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，防止溶液發(fā)生倒吸；
（3）碳和金屬氧化物反應生成二氧化碳，在高溫的條件下，若碳過量，二氧化碳和碳會生成一氧化碳，一氧化碳無色無味有毒，不能直接排空，要用尾氣處理裝置處理，
故答案為：無尾氣處理裝置；
（4）①固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，與鋁粉發(fā)生鋁熱反應，2Al+Fe₂O₃

高溫  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高溫  .

Al₂O₃+3Cu，產物為鐵、銅可能還有過量的鋁；加入氫氧化鈉能產生氣體的只有鋁，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
②固體D為鐵、銅，將固體D投入過量稀硫酸并充分反應后，銅和稀硫酸不反應，鐵和硫酸反應Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑ 生成亞鐵離子，加入雙氧水，雙氧水氧化亞鐵離子2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③設7.2gFe₂O₃、CuO的物質的量分別為X、Y，則160X+80Y=7.2，氣體B在標準狀況下的體積為672mL，為0.03mol，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，則參加鋁熱反應剩余的鋁的物質的量為0.02mol，反應中Al粉的質量是2.7g為0.1mol，則參加鋁熱反應的鋁的物質的量為0.1mol-0.02molk=0.08mol；根據2Al+Fe₂O₃

高溫  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高溫  .

Al₂O₃+3Cu，可得2X+

2

3

Y=0.08，與160X+80Y=7.2，聯立方程組解得：X=0.003mol，Y=0.003mol，所以固體D的質量為0.03mol×2×56g/mol+0.03mol×64g/mol=5.28g，
故答案為：5.28．

點評：本題考查了探究Fe₂O₃、CuO和碳反應產物的判斷，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側重對學生能力的培養(yǎng)和訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹的實驗設計、操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，全面細致的思考才能得出正確的結論．注意（4）③中固體D為鐵、銅，鐵的物質的量為氧化鐵物質的量的兩倍．