某興趣小組在復(fù)習(xí)鐵的冶煉時,在參考資料上發(fā)現(xiàn)以下一段文字:已知在不同的溫度下,CO與鐵的氧化物反應(yīng)能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質(zhì))和CO
2.他們不禁產(chǎn)生了疑問:課本上冊124頁的實(shí)驗(yàn)中,CO與Fe
2O
3反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)真的是Fe粉嗎?于是他們進(jìn)行了以下探究.
[查閱資料]
資料一:Fe粉和Fe
3O
4粉末能被磁鐵吸引而FeO(黑色)不能;
資料二:Fe
3O
4中鐵元素有+2、+3兩種化合價,其化學(xué)式可用FeO?Fe
2O
3 的形式表示;
[提出猜想]黑色物質(zhì)可能是Fe
3O
4、FeO和Fe粉中的一種或幾種.
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]興趣小組收集了CO與Fe
2O
3反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):
|
實(shí)驗(yàn)方案 |
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 |
甲 |
取少量黑色物質(zhì)用磁鐵吸引 |
黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引 |
乙 |
取少量黑色物質(zhì)加入30%熱的鹽酸中 |
無氣泡、溶液顏色變成黃綠色 |
丙 |
取少量黑色物質(zhì)加入硫酸銅溶液中 |
無任何現(xiàn)象 |
[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]
(1)甲實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有
FeO
FeO
,乙、丙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有
Fe
Fe
;
(2)生成的黑色物質(zhì)應(yīng)為Fe
3O
4;
(3)寫出黑色粉末和熱的鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式
Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O
Fe3O4+8HCl=FeCl2+2FeCl3+4H2O
;
[拓展探究]同學(xué)們對Fe
3O
4產(chǎn)生了興趣,從參考資料中找到了氧化沉淀法生產(chǎn)復(fù)印用高檔Fe
3O
4粉的工藝流程簡圖.
[生產(chǎn)流程]
[查閱資料]
資料一:硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如表所示:
溫度/℃ |
0 |
10 |
30 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
溶解度/g |
14.0 |
17.0 |
25.0 |
33.0 |
35.3 |
33.0 |
30.5 |
27.0 |
資料二:Fe(OH)
2受氧氣氧化反應(yīng)原理為:4Fe(OH)
2+2H
2O+O
2=4Fe(OH)
3資料三:獲得Fe
3O
4的反應(yīng)原理為:Fe(OH)
2+2Fe(OH)
3Fe
3O
4+4H
2O
[問題討論]
(1)溶解時,用50℃至80℃的熱水目的是
在50℃~80℃時,硫酸亞鐵的溶解度較大,有利于溶解的更多,提高產(chǎn)率
在50℃~80℃時,硫酸亞鐵的溶解度較大,有利于溶解的更多,提高產(chǎn)率
.
(2)寫出加入適量NaOH溶液時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式
2NaOH+FeSO4═Fe(OH)2↓+Na2SO4
2NaOH+FeSO4═Fe(OH)2↓+Na2SO4
.
(3)上述過程中,要控制“通一定量空氣”的目的是
控制Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的量
控制Fe(OH)2轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的量
.
(4)要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,則上述流程中產(chǎn)生的Fe(OH)
2和Fe(OH)
3的最佳質(zhì)量比為
90:214
90:214
.
(5)副產(chǎn)品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產(chǎn)品的操作順序是b→
c
c
→
a
a
→d.
a.過濾 b.加熱濃縮 c.冷卻結(jié)晶 d.晶體加熱至完全失去結(jié)晶水
[組成確定]為確定用以上方法制得的四氧化三鐵中可能含有的雜質(zhì),同學(xué)們又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)探究.
[查閱資料]
資料一:難溶性堿受熱時能分解產(chǎn)生金屬氧化物和水(反應(yīng)中各種元素的化合價不變);
資料二:Fe
2O
3和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的,先生成Fe
3O
4,再生成FeO(黑色),最后生成Fe;
[提出猜想]Fe
3O
4中可能含有的雜質(zhì)是Fe
2O
3和FeO中的一種或兩種.
[實(shí)驗(yàn)設(shè)計]同學(xué)們稱取了23.28g該Fe
3O
4樣品進(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、乙兩小組.
甲組:
(1)該組同學(xué)欲通過B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來計算確認(rèn)該Fe
3O
4樣品中的雜質(zhì).
B中的最佳試劑是
②
②
(填序號)
①澄清石灰水 ②氫氧化鈉濃溶液 ③稀鹽酸 ④水
(2)上述實(shí)驗(yàn)過程中,CO氣體除作為反應(yīng)物外,能起到的作用是:
①實(shí)驗(yàn)開始時,排盡裝置中的空氣,防止
防止爆炸
防止爆炸
;
②停止加熱后,繼續(xù)通CO氣體,防止
防止生成物被氧化
防止生成物被氧化
,以及B中的溶液倒吸入A中;
在本實(shí)驗(yàn)中,CO氣體還能起到的作用是③
讓二氧化碳全部進(jìn)入B瓶中
讓二氧化碳全部進(jìn)入B瓶中
.
(3)尾氣如何處理?
點(diǎn)燃
點(diǎn)燃
.
乙組:
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)
(1)寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:
;
(2)通過分析計算確定:該Fe
3O
4樣品中含有的雜質(zhì)是
Fe2O3
Fe2O3
.(不需要寫過程)