Question

某學(xué)校研究性學(xué)習(xí)小組，以某工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物“紅色鐵泥”為研究對象，探究紅色物質(zhì)的成分，請你參與他們的活動(dòng)．[小組討論]同學(xué)們對“鐵泥”中所含紅色物質(zhì)作了如下猜想：甲同學(xué)：紅色物質(zhì)是銅； 乙同學(xué)：紅色物質(zhì)是氧化鐵；
丙同學(xué)：紅色物質(zhì)是氫氧化鐵；丁同學(xué)：紅色物質(zhì)是氧化鐵和氫氧化鐵
[資料在線]①該廠“紅色鐵泥”主要是生產(chǎn)過程中使用鐵觸媒（一種催化劑）后的廢棄物，
除紅色物質(zhì)外，還含有通常不與酸、堿、氧氣反應(yīng)及受熱不發(fā)生分解的物質(zhì)；
②氫氧化鐵受熱時(shí)，會分解產(chǎn)生氧化鐵和水．
[實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證]為驗(yàn)證上述四位同學(xué)的猜想，小明、小紅兩位同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：小明取一定量“紅色鐵泥”樣品，加入稀硫酸，觀察到有黃色溶液產(chǎn)生，于是得出“乙同學(xué)的猜想成立”的結(jié)論；
小紅同學(xué)按下列順序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：先取適量已曬干的“紅色鐵泥”，稱量其質(zhì)量為m₁g；
再將“紅色鐵泥”置于坩堝中充分加熱并在干燥器中冷卻后，稱量其質(zhì)量為m₂g．
[問題討論]請回答下列問題：（1）其他同學(xué)一致認(rèn)為，小明同學(xué)得出的“乙同學(xué)的猜想成立”的結(jié)論不合理，理由是

 

；
（2）針對小紅同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作及測定的兩個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析：
①若甲同學(xué)的猜想成立，則實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

；
②若m₁=m₂，則

 

（填“甲”、“乙”或“丙”）同學(xué)的猜想成立；
[拓展應(yīng)用]
應(yīng)用之一：若“紅色鐵泥”中“紅色物質(zhì)是氫氧化鐵”，可應(yīng)用下列實(shí)驗(yàn)方案回收“紅色鐵泥”
中的鐵元素制得“鐵紅”（化學(xué)式為Fe₂O₃，是紅色油漆的重要原料）：

（1）上述過程中發(fā)生了三個(gè)反應(yīng)，寫出其中的一個(gè)化學(xué)方程式：

 

；
（2）a、b是同一實(shí)驗(yàn)操作，該操作需要的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒和

 

；
（3）若通過上述途徑獲得的“鐵紅”的純度（Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不高，試分析可能的原因

 

 

（說出一點(diǎn)即可）．
應(yīng)用之二：為了測定用以上方法制得的“鐵紅”的純度，同學(xué)們又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)探究．請你參與過程分析與交流．
查閱資料：草酸（乙二酸H₂C₂O₄）在濃H₂SO₄

存在下發(fā)生下列反應(yīng)：
H₂C₂O₄

濃H2SO4  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O
實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：按如圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置：
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：取10g“鐵紅”樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，
所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有右表所示甲、乙兩組：

甲組數(shù)據(jù)		乙組數(shù)據(jù)
玻璃管連同樣品的質(zhì)量		E裝置連同樣品的質(zhì)量
實(shí)驗(yàn)前	實(shí)驗(yàn)后	實(shí)驗(yàn)前	實(shí)驗(yàn)后
60g	57.6g	100g	107g

分析討論：
（1）同學(xué)們擬用純凈的CO還原“鐵紅”，所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置中B、C盛放的試劑的作用
依次是

 

、

 

；
（2）從環(huán)保角度看，請你提出改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)裝置的建議

 

；

（3）從實(shí)驗(yàn)安全和實(shí)驗(yàn)操作程序看，首先要檢查裝置的氣密性，實(shí)驗(yàn)開始先加熱

 

（填“A”或“D”）處，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)

 

（填“先”或“后”）停止D處的加熱；
（4）同學(xué)們認(rèn)為，若用乙組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算“鐵紅”的純度，則實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果卻偏大，分析造成偏大的原因可能是

 

；
（5）請依據(jù)甲組數(shù)據(jù)，計(jì)算該“鐵紅”樣品的純度．（寫出計(jì)算的過程）

Answer 1

分析：本題探究物質(zhì)的組成，主要利用物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)．
[問題討論]（1）溶液中有Fe³⁺存在，就顯黃色，氧化鐵和氫氧化鐵都能和硫酸反應(yīng)，生成Fe³⁺
（2）若為銅，則是銅在加熱時(shí)與空氣中的氧氣反應(yīng)；加熱質(zhì)量不變，說明是氧化鐵．
應(yīng)用之一：（1）主要有三個(gè)反應(yīng)，氫氧化鐵和鹽酸反應(yīng)、三氯化鐵和氫氧化鈉反應(yīng)、氫氧化鐵的加熱分解
（2）固體和含F(xiàn)e³⁺的溶液分離，要采用過濾操作
（3）若純度不高，由元素守恒，可能有損失的鐵，則原因可能為紅褐色固體加熱不充分或操作a得到的溶液X不澄清等．
應(yīng)用之二：（1）A中反應(yīng)產(chǎn)物有二氧化碳、一氧化碳、水，在D中要CO還原氧化鐵，并進(jìn)行成分計(jì)算，所以要排除A中產(chǎn)生的二氧化碳和水
（2）為確保氧化鐵被完全反應(yīng)，CO過量，有毒不能排放在空氣中，要增添尾氣處理裝置
（3）CO不純，點(diǎn)燃可能會引起爆炸，應(yīng)讓CO充滿整個(gè)裝置，所以要先讓A中反應(yīng)發(fā)生，結(jié)束時(shí)為防止鐵被氧化，要繼續(xù)通一會CO，所以要先停止D加熱
（4）裝置與外界空氣相通，氫氧化鈉溶液易吸收空氣中CO₂
（5）樣品中氧化鐵的質(zhì)量可由表中甲組數(shù)據(jù)計(jì)算；鐵紅的純度用氧化鐵質(zhì)量和樣品質(zhì)量來求

解答：解：[問題討論]（1）因?yàn)闅溲趸�鐵和氧化鐵都能和硫酸反應(yīng)，形成黃色溶液，故答案為：氫氧化鐵也能和硫酸反應(yīng)，形成黃色溶液
（2）銅能與氧氣加熱反應(yīng)，而氧化鐵不反應(yīng)，故答案為：2Cu+O₂

△   .

2CuO；乙
應(yīng)用之一：（1）Fe（OH）₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O（任寫一個(gè)）
（2）因?yàn)楣腆w和液體分離要用過濾操作，故答案為：漏斗
（3）純度不高，說明鐵沒有完全轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物，故答案為：紅褐色固體加熱不充分（或操作a得到的溶液X不澄清等）
應(yīng)用之二：（1）A中反應(yīng)產(chǎn)物有二氧化碳、一氧化碳、水，要凈化、除雜，故答案為：除去一氧化碳中含有的二氧化碳、干燥一氧化碳
（2）CO有毒，過量氣體不能排放在空氣中，故答案為：在裝置E后增添尾氣處理裝置（在裝置E后或放一盞燃著的酒精燈；或在裝置E后連接排水法收集氣體的裝置；或在裝置E后套上氣球或氣囊）
（3）CO不純，點(diǎn)燃可能會引起爆炸，還原結(jié)束要防止鐵被氧化，故選A、先
（4）空氣中的二氧化碳也一起被E中溶液吸收，故答案為：裝置E中的氫氧化鈉溶液吸收了空氣中的二氧化碳
（5）設(shè)樣品中氧化鐵的質(zhì)量為X，由表中甲組數(shù)據(jù)
Fe₂O₃～3O
160   48
X   （60-57.6）g
160：48=X：（60-57.6）g
解得：X=8g
純度為：

8g

10g

×100%=80%
答：其純度為80%

點(diǎn)評：本題較復(fù)雜，綜合性強(qiáng)，考查的知識點(diǎn)多，應(yīng)該變化為幾個(gè)小題．