Question

【題目】(20分)某Fe3O4樣品中可能含有的雜質是Fe2O3和FeO其中的一種。為探究雜質的情況設計如下方案：

【實驗設計】同學們稱取了23.28 g該Fe3O4樣品用圖①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、丙三個討論小組。

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的作用有_______ （填序號）。

①CO氣體作為反應物

②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發生爆炸

③停止加熱后，防止A中生成物被氧化

④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中

⑤對B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應液充分接觸而反應

乙組：

（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_______ ；改進為在B裝置后接一盛有_______（填試劑名稱）的廣口瓶的吸水裝置，將B裝置和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差。

丙組：

（4）丙組同學將B裝置中液體改換為Ba(OH)2溶液，通過測量生成的_______（填化學式）沉淀的質量來計算求解。為了獲得沉淀，該組同學需要進行的操作有過濾→_______→________→稱量。

【查閱資料】

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；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（見圖②）。

（5）寫出BC段發生反應的化學方程式：______________ 。

（6）確定該Fe3O4樣品中含有的雜質是_______，其中含Fe3O4的質量是_______g（不需要寫出過程）（已知Fe3O4、FeO、Fe2O3中鐵元素的質量分數分別為72.4%、77.8%、70.0%)。

Answer 1

【答案】（1）② （2）①②③④⑤

（3）CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣 濃硫酸

（4）BaCO3 洗滌 干燥 （5）Fe3O4＋CO高溫3FeO＋CO2 （6）Fe2O3 21

【解析】

試題分析：（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，那么B裝置的主要目的就是吸收反應生成的二氧化碳，故B中的最佳試劑是②，不用澄清石灰水的原因是氫氧化鈣的溶解度很小，吸收效果差

（2）上述實驗過程中，CO的作用有：①CO氣體作為反應物，正確，②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發生爆炸，正確，③停止加熱后，防止A中生成物被氧化，正確，④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中，正確，⑤對B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應液充分接觸而反應，正確，故選①②③④⑤

（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，他們的理由是：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，使得質量差偏小；由于濃硫酸具有吸水性，故可改進為在B裝置后接一盛有濃硫酸的廣口瓶的吸水裝置，將B裝置和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差

（4）丙組同學將B裝置中液體改換為Ba(OH)2溶液，那么發生反應：CO2 +Ba(OH)2 ==BaCO3↓+ H20，故可通過測量生成的BaCO3沉淀的質量來計算求解。為了獲得沉淀，該組同學需要進行的操作有過濾→洗滌→干燥→稱量

（5）根據資料：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 ，故BC段發生反應的化學方程式：Fe3O4＋CO高溫3FeO＋CO2

（6）根據質量守恒定律，反應結束后得到鐵的質量為16.8g，說明原樣品中含鐵元素的質量也為16.8g ，故鐵元素的質量分數=16.8g/23.28g×100%=72.2%，本著“中間值或平均值”的思想，Fe3O4中鐵元素的質量分數=77.8%>72.2%，那么另一種物質的鐵元素質量分數就要小于72.2%，故Fe3O4樣品中含有的雜質是Fe2O3；可設含Fe3O4的質量是x，那么Fe2O3的質量是（23.28g-x），故可列等式:

x×168/232×100%+（23.28g-x）×112/160×100%，可計算出x=21g