Question

12．某化學(xué)興趣小組對(duì)一包干燥的紅色粉末組成進(jìn)行探究．請(qǐng)你參與并回答有關(guān)問題．
【教師提醒】它由Cu、Fe₂O₃二種固體中的一種或兩種組成．
【提出猜想】紅色粉末可能的組成有：①只有Cu；②只有Fe₂O₃；③是Cu、Fe₂O₃的混合物．
【資料獲悉】Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂．
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）甲同學(xué)取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解．甲同學(xué)認(rèn)為可以排除猜想中的①和③，而乙同學(xué)認(rèn)為只能排除猜想①，乙（填“甲”或“乙”）的觀點(diǎn)正確．
（2）丙同學(xué)為進(jìn)一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質(zhì)玻璃管中，按如圖裝置在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．開始時(shí)緩緩?fù)ㄈ隒O氣體，過一段時(shí)間后再加熱使其充分反應(yīng)．待反應(yīng)完全后，停止加熱，仍繼續(xù)通CO氣體直至玻璃管冷卻．反應(yīng)前后稱量相關(guān)裝置和物質(zhì)的總質(zhì)量，其數(shù)據(jù)如下表：

	反應(yīng)前	反應(yīng)后
Ⅰ組	玻璃管和紅色粉末的總質(zhì)量為37.3g	玻璃管和固體物質(zhì)的總質(zhì)量為36.1g
Ⅱ組	洗氣瓶和所盛溶液的總質(zhì)量為180.0g	洗氣瓶和瓶中物質(zhì)的總質(zhì)量為183.1g

【交流討論】
（1）在裝置A中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣．
（2）應(yīng)該選擇I組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．最終計(jì)算結(jié)果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第③組（填序號(hào)）．
（3）寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為部分紅色粉末變黑．
（4）為了防止溶液倒吸，本實(shí)驗(yàn)停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是一直通入CO氣體，B中溶液不會(huì)倒吸到A裝置中．
【反思評(píng)價(jià)】丁同學(xué)指出：從環(huán)保角度，如圖裝置有嚴(yán)重不足之處．你認(rèn)為應(yīng)該如何改進(jìn)？在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉．

Answer 1

分析 本題是一道綜合性探究題，利用物質(zhì)的性質(zhì)不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以甄別，來探究紅色粉末的組成，先分別探究其中是否含有
Fe₂O₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當(dāng)?shù)脑噭┖头椒ㄍㄟ^實(shí)驗(yàn)探究確定其組成．
【提出猜想】單獨(dú)的氧化鐵也是紅色固體．
（1）根據(jù)【資料獲悉】和探究（1）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物．
（2）探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實(shí)驗(yàn)來確定是否有銅．
【交流討論】
（1）探究要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會(huì)發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．
（2）利用I組數(shù)據(jù)計(jì)算出固體的氧化鐵質(zhì)量，與混合物質(zhì)量對(duì)比即可確定成分；
（3）氧化鐵被還原出的鐵粉呈黑色．
（4）一氧化碳一直向里通入，不會(huì)產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象．
【反思評(píng)價(jià)】由于一氧化碳有毒，排放到空氣中會(huì)污染空氣，因此要進(jìn)行尾氣處理．

解答 解：【提出猜想】由于氧化銅氧化鐵均是紅色固體，所以紅色粉末可能的組成有：①只有Cu；②只有 Fe₂O₃；
③是Cu、Fe₂O₃的混合物
故答案為：Fe₂O₃
（2）根據(jù)資料：Cu在FeCl₃溶液中發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂ ；取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發(fā)現(xiàn)固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物；
所以說乙同學(xué)的觀點(diǎn)正確；
故答案為：乙
【交流討論】
（1）根據(jù)CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會(huì)發(fā)生爆炸，因此，應(yīng)先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．所以在裝置A中先通CO氣體的作用是：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
故答案為：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發(fā)生爆炸）；
（2）第Ⅱ組數(shù)據(jù)，不能證明二氧化碳完全反應(yīng)（石灰水少量）；應(yīng)該選擇Ⅰ組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算來確定紅色粉末的組成．
設(shè)粉末中氧化鐵的質(zhì)量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ 固體△m
160            112      48
x                      1.2g
$\frac{160}{x}$=$\frac{48}{1.2g}$，x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
故答案為：Ⅰ；③；
（3）A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實(shí)驗(yàn)中觀察到A裝置中的現(xiàn)象為：部分紅色粉末變黑；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
（4）因?yàn)樵诜磻?yīng)中一直通入CO氣體直至冷卻，B中溶液不會(huì)倒吸到A裝置中．
故答案為：不需要；因?yàn)橐恢蓖ㄈ隒O氣體，B中溶液不會(huì)倒吸到A裝置中；
【反思評(píng)價(jià)】
此反應(yīng)應(yīng)考慮到CO有毒，排放到空氣中會(huì)污染大氣，顯然，該裝置沒有對(duì)尾氣進(jìn)行處理；所以圖裝置有嚴(yán)重不足之處．改進(jìn)方法為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；
故答案為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；

點(diǎn)評(píng) 此類題目主要對(duì)煉鐵的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實(shí)驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行考查．熟練掌握該實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)是解決此類問題的關(guān)鍵．