4.如圖5是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書,小王等同學閱讀了使用說明后,對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣,和同學們一起進行了實驗探究.
(1)袋內(nèi)物質(zhì)中含有的金屬元素至少有2種,其外袋材料屬于合成(填“無機非金屬”、“合成”或“復合”)材料.
(2)【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)計實驗】:
| 實驗操作 | 實驗現(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O2(或空氣)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). | 用化學方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O |
【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,充分反應后過濾,洗滌、烘干濾渣.為進一步驗證黑色濾渣的成分,小王和小李同學分別設(shè)計了1、2兩個如圖所示的裝置,點燃濾渣,用澄清石灰水驗證產(chǎn)物,你認為圖的裝置結(jié)論更可靠,理由是.同學們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程,“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因為:吸附
①鐵呈粉末狀,活性炭有性,使鐵能與氧氣、水等接觸充分;
②氯化鈉能加快鐵生銹;
(3)【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)立即進行實驗.
【實驗方法】:取樣品m g,利用如圖3所示裝置與藥品,測反應后生成氣體的體積.
【實驗步驟】:
①連接儀器,檢查裝置氣密性;
②將實驗所用藥品裝入各儀器中,記錄量氣管(水準管中水不會溢出)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.在實驗過程中,若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強過大,可將水準管下移(填“上提”或“下移”).
④等恢復至室溫,并調(diào)節(jié)量氣管與水準管兩邊液面相平后,再次記錄量氣管刻度;
【數(shù)據(jù)處理】:
若實驗條件下,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)量分數(shù)的表達式為$\frac{28dv}{m}$.
【交流討論】:
利用3裝置,即使操作無失誤,測量結(jié)果仍會偏大,原因是滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積,小王重新設(shè)計了一個如圖4的實驗裝置,利用該裝置實驗時,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V
1mL,充分反應后,右側(cè)針筒中氣體的讀數(shù)為V
2 mL,則反應生成的氫氣的體積為V
2-V
1mL.
(4)【測定“暖寶寶”中的鐵、碳質(zhì)量比】
小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”,剪開包裝,利用袋內(nèi)物質(zhì)立即進行實驗.
【查閱資料】:
①2Fe(OH)
3═$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe
2O
3+3H
2O
②Fe+2FeCl
3═3FeCl
2③在HCl和FeCl
3的混合溶液中Fe先與FeCl
3反應
【實驗記錄】:(如圖6)
【實驗結(jié)論】:經(jīng)該實驗測定,新產(chǎn)品的配料中碳粉和鐵粉的質(zhì)量比為1.9:7.28(或95:364),該片已有破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為6.16g.