Question

某興趣小組在復習鐵的冶煉時，在參考資料上發現以下一段文字：已知在不同的溫度下，CO與鐵的氧化物反應能生成另一種鐵的氧化物（或鐵單質）和CO₂．他們不禁產生了疑問：書本119頁的實驗中，CO與Fe₂O₃反應生成的黑色物質真的是Fe粉嗎？于是他們進行了以下探究．
【查閱資料】資料一：Fe粉和Fe₃O₄粉末能被磁鐵吸引而FeO（黑色）不能；
資料二：Fe₃O₄中鐵元素有+2、+3兩種化合價，其化學式可用FeO·Fe₂O₃的形式表示；
【提出猜想】黑色物質可能是Fe₃O₄、FeO和Fe粉中的一種或幾種．
【進行實驗】興趣小組收集了CO與Fe₂O₃反應生成的黑色物質進行了下列實驗：

【實驗結論】
（1）甲實驗現象說明黑色物質中沒有 _________ ，乙、丙實驗現象說明黑色物質中沒有 _________ ；
（2）生成的黑色物質應為Fe₃O₄；
（3）寫出黑色粉末和熱的鹽酸反應的化學方程式 _________ ；
【拓展探究】同學們對Fe₃O₄產生了興趣，從參考資料中找到了氧化沉淀法生產復印用高檔Fe₃O₄粉的工藝流程簡圖．
【生產流程】

【查閱資料】
資料一：硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如下表所示：

資料二：Fe（OH）₂受氧氣氧化反應原理為：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂==4Fe（OH）₃
資料三：獲得Fe₃O₄的反應原理為：Fe（OH）₂+2Fe（OH）₃Fe₃O₄+4H₂O
【問題討論】（1）溶解時，用50℃至80℃的熱水目的是_________．
（2）寫出加入適量NaOH溶液時發生反應的化學方程式_________；
（3）上述過程中，要控制“通一定量空氣”的目的是_________．
（4）要使四氧化三鐵的產率最高，則上述流程中產生的Fe（OH）₂和Fe（OH）₃的最佳質量比為_________．
（5）副產品P是硫酸鈉，由溶液N獲得該副產品的操作順序是b→______→ _____ →d．
a．過濾   b．加熱濃縮     c．冷卻結晶    d．晶體加熱至完全失去結晶水
【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，同學們又進行了下列實驗探究．
【查閱資料】
資料一：難溶性堿受熱時能分解產生金屬氧化物和水（反應中各種元素的化合價不變）；
資料二：Fe₂O₃和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe₃O₄，再生成FeO（黑色），最后生成Fe；
【提出猜想】Fe₃O₄中可能含有的雜質是Fe_2O3和FeO中的一種或兩種．
【實驗設計】同學們稱取了23.28g該Fe₃O₄樣品進行了下列實驗：

【實驗分析】因探究思路不同，興趣小組分成甲、乙兩小組．
甲組：（1）該組同學欲通過B裝置反應前后的質量變化來計算確認該Fe3O4樣品中的雜質．B中的最佳試劑是__________（填序號）．
①澄清石灰水     ②氫氧化鈉濃溶液     ③稀鹽酸     ④水
（2）上述實驗過程中，CO氣體除作為反應物外，還能起到的作用是：
①實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發生爆炸；
②停止加熱后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；
③_________．
（3）乙組同學認為B裝置反應前后的質量差會偏小而影響計算、分析，你認為他們的理由是_________．
乙組：利用儀器測定并繪制成反應過程中A裝置中玻璃管內的固體質量隨溫度的變化曲線（下圖）．

（1）寫出BC段發生反應的化學方程式：_________．
（2）通過計算確定：該Fe₃O₄樣品中含有的雜質是_________，其中含Fe₃O₄的質量是_________g．（不需要寫過程）

Answer 1

【實驗結論】（1）FeO；Fe；
（3）Fe₃O₄+8HCl==FeCl₂+2FeCl₃+4H₂O；
【問題討論】
（1）在50℃～80℃時，硫酸亞鐵的溶解度較大，有利于溶解的更多，提高產率；
（2）2NaOH+FeSO₄==Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；
（3）控制Fe（OH）₂轉化為Fe（OH）₃的量[或防止Fe（OH）₂完全轉化為Fe（OH_）3]；
（4）90：214（或45：107）；
（5）b→C→a→d；
【實驗分析】
甲組：（1）②；
（2）③將裝置中的CO₂送入NaOH溶液中；
（3）CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；
乙組：（1）Fe₃O₄+CO3FeO+CO₂；
（2）Fe₂O₃；20.88g．