Question

3．某興趣小組在實(shí)驗(yàn)中模擬煉鐵化學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)，對固體產(chǎn)物成分等進(jìn)行探究．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
用一氧化碳還原純凈的氧化鐵粉末，實(shí)驗(yàn)裝置如圖．
 
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)先打開彈簧夾②（填“①”或“②”）．
（2）C處點(diǎn)燃酒精燈的目的是點(diǎn)燃一氧化碳，防止污染空氣．
【分析與討論】
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，玻璃管內(nèi)固體粉末由紅棕色全部變成黑色，小明認(rèn)為該黑色固體全部是單質(zhì)鐵，但小華提出了質(zhì)疑，認(rèn)為還可能是其它物質(zhì)，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(shí)驗(yàn)與猜想】
（1）該小組同學(xué)將反應(yīng)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(jìn)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在一定溫度下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測得下列數(shù)據(jù)：
①反應(yīng)前玻璃管和內(nèi)盛氧化鐵粉末的總質(zhì)量66.0g（玻璃管的質(zhì)量為60.0g）
②反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量m g（冷卻到室溫稱量）
【得出結(jié)論】
通過實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：
（1）若猜想a成立，則m=64.2；
（2）若猜想b成立，反應(yīng)的化學(xué)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)】（1）一氧化碳具有可燃性，實(shí)驗(yàn)開始要先通一會(huì)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(jìn)行尾氣處理；
【實(shí)驗(yàn)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(jìn)行猜測；
【得出結(jié)論】依據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)結(jié)合氧化鐵的化學(xué)式可求出氧化鐵中氧的質(zhì)量，再用反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量差與之比較判斷即可．

解答 解：
【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】（1）一氧化碳具有可燃性，實(shí)驗(yàn)開始要先通一會(huì)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(jìn)行尾氣處理；
【實(shí)驗(yàn)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(jié)論】依據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)可知氧化鐵的質(zhì)量是：66g-60g=6g，這些氧化鐵中含有的鐵元素質(zhì)量是：6g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}×$100%=4.2g，由于反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，所以若黑色粉末全部是鐵，則反應(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)量=60g+4.2g=64.2g；
假設(shè)全是四氧化三鐵，根據(jù)其反應(yīng)方程式可計(jì)算出生成的四氧化三鐵的質(zhì)量，設(shè)生成的四氧化三鐵質(zhì)量是x
CO+3Fe₂O₃$\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(yīng)后玻璃管和內(nèi)盛黑色固體的總質(zhì)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1）②
（2）點(diǎn)燃一氧化碳，防止污染空氣
【分析與討論】氧化亞鐵
【實(shí)驗(yàn)與猜想】
（2）鐵和四氧化三鐵
【得出結(jié)論】（1）64.2 （2）CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂ （3）64.2＜m＜65.8

點(diǎn)評 本題綜合性較強(qiáng)，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(yīng)前后元素的質(zhì)量不變，并會(huì)結(jié)合方程式分析即可順利解答．