Question

【題目】下圖是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書，小王等同學閱讀了使用說明后，對它的成分和發熱原理產生了興趣，和同學們一起進行了實驗探究。

（1）【初步探究成分及發熱原理】

【提出問題】“暖寶寶”為什么能發熱？

【做出猜想】“暖寶寶”發出的熱量主要來自鐵粉氧化（即生銹）的過程。

【設計實驗】

	實驗操作	實驗現象	解釋或結論
步驟1	取A、B兩袋“暖寶寶”，將A袋按使用說明打開外袋取出內袋；而B袋不打開外袋。并將兩袋樣品放置在同樣的環境中。	A袋的“暖寶寶”溫度很快上升；B袋溫度_____。	“暖寶寶”發熱是由于袋內物質與__接觸。
步驟2	24小時后，分別剪開A、B兩袋，各取少量袋內物質于兩支試管中，分別加入適量稀鹽酸。	A袋內物質部分溶解，產生黃色溶液；B袋內物質_____。	用化學方程式表示產生黃色溶液的反應 _____________________
【得出結論】 “暖寶寶”發出的熱量主要來自鐵粉發生氧化（生銹）的過程。

【繼續探究】小王和同學們想繼續探究“暖寶寶”發熱后，剩余物質中是否還含有活性炭，他們取適量A袋內物質于燒杯內，加入過量_______，充分反應后過濾，洗滌、干燥濾渣。

為進一步驗證黑色濾渣的成分，小王和小李同學分別設計了甲、乙兩個如圖所示的裝置，點燃濾渣，用澄清石灰水驗證產物，你認為______圖的裝置結論更可靠，理由是______。

同學們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程，從原料角度分析“暖寶寶”放熱現象之所以很明顯是因為：

①鐵呈粉末狀，活性炭有吸附性，促使鐵能與氧氣、水等反應更快；②_____________；

（2）【測定“暖寶寶”中的含鐵量】

取一片包裝完好的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內物質立即進行實驗。

【實驗方法】 取樣品m g，利用如圖丙所示裝置與藥品，測反應后生成氣體的體積。

【實驗步驟】① 連接儀器，_______；

② 將實驗所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管初始刻度；

③ 打開分液漏斗活塞，加入足量稀硫酸至不再有氣泡冒出。在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管_____（填“上提”或“下移”）；

④ 等恢復至室溫，并_______________后，再次記錄量氣管刻度。

【數據處理】

若實驗條件下，氫氣的密度為d g/mL，測得氫氣體積為v mL。則該“暖寶寶”中鐵粉的質量分數的表達式為________________。（用含dvm的字母表示）

【交流討論】利用丙裝置，即使操作無失誤，測量結果仍會偏大，原因是__________，

小王重新設計了一個如圖丁的實驗裝置，利用該裝置實驗時，在氣密性良好的前提下，如果往錐形瓶中注入的稀硫酸體積為V1 mL，充分反應后，右側針筒中氣體變化的讀數為V2 mL，則反應生成的氫氣的體積為_____________ mL。

（3）【測定“暖寶寶”中的氧化鐵的含量】

小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”，剪開包裝，取10g袋內物質立即進行實驗。

【查閱資料】① 2Fe(OH)3 ==== Fe2O3 + 3H2O ② Fe + 2 FeCl3 = 3 FeCl2

③ 在HCl和FeCl3的混合溶液中Fe先與FeCl3反應

【實驗記錄】

【實驗結論】①寫出產生氣體的化學方程式_____________

②經該實驗測定，該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為 _____ 。（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】 無明顯變化 O2 （或空氣） 部分溶解，有氣泡產生，淺綠色溶液 Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O 稀鹽酸或稀硫酸 甲 乙方案酒精燃燒生成的CO2會干擾實驗 氯化鈉能加快鐵生銹 檢查裝置氣密性 【答題空10】下移 調節量氣管與水準管兩邊液面相平 ×100% 滴入燒瓶內的稀硫酸占一定體積 V2—V1 Fe+2HCl=FeCl2+H2↑ 16%

【解析】【設計實驗】
A袋中的物質與空氣接觸，只有鐵常溫能與氧氣反應放出熱量，生成鐵銹（主要成分是Fe2O3），Fe2O3與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水，氯化鐵的溶液呈黃色，發生反應的化學方程式為：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O；B袋沒有打開外袋，鐵粉沒有與氧氣接觸，不能發生緩慢氧化，故溫度無明顯變化，加入鹽酸，鐵與稀鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，氯化亞鐵的溶液呈淺綠色；

【繼續探究】根據鐵與鹽酸反應，活性炭和鹽酸不反應的原理，加入過量的稀鹽酸除去鐵粉；根據活性炭燃燒的產物是二氧化碳，可用澄清的石灰水檢驗二氧化碳的產生，乙圖中酒精燃燒也會產生二氧化碳會干擾實驗結果，故甲裝置圖得出的結論更可靠；
①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水；
②氯化鈉也是促進鐵粉生銹的因素之一，即氯化鈉能加快鐵生銹；
（3）①實驗開始前必須先檢查裝置的氣密性；
③在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管下移，減小燒瓶和量氣管內的壓強；
④根據連通器的原理可以知道，為了使實驗結果準確，應該移動調節水準管和量氣管中的液面相平后才能讀數；
【數據處理】
解：設鐵粉的質量為X
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
562
X dv

=， 解得：X=28dv
鐵的質量分數為： ×100%；
【交流討論】
丙裝置加入的硫酸占據了一定的空間，使測得的氣體的體積偏大，從而使得測定結果偏高；使用丁裝置產生氣體的體積應該等于注射器內氣體的體積減去滴加的硫酸的體積，即反應生成的氫氣的體積為V2—V1mL；
（4）【實驗結論】

混合物中的鐵與稀鹽酸反應生成氯化亞鐵的同時得到氫氣，發生反應的化學方程式為：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑；

設生成0.2g氫氣參加反應鐵粉的質量為x
Fe+2HCl=FeCl2+H2↑
56 2
X0.2g

則= 解得：x=5.6g，

根據反應流程可知碳粉的質量為1.9g，10.4g紅棕色粉末為Fe2O3，則未氧化變質前Fe粉的質量為：10.4g××100%=7.28g，則剩余鐵元素的質量為7.28g-5.6g=1.68g，這1.68g的鐵元素發生了以下反應Fe+2FeCl3=3FeCl2，即鐵單質與氯化鐵中鐵元素的質量比是1︰2，則參加反應鐵單質的質量為1.68g×=0.56g，則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質的質量為5.6g+0.56g=6.16g；氧化鐵中鐵元素的質量為7.28g-6.16g=1.12g，則對應氧化鐵的質量為1.12g÷（×100%）=1.6g，故該片已有破損的“暖寶寶”中的氧化鐵的含量為=16%。