Question

某化學興趣小組有一次活動的內容是：對一包干燥的紅色粉末組成進行探究．請你參與并回答有關問題．
教師提醒：它由Cu、Fe₂O₃、Fe（OH）₃三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Fe₂O₃③是Cu、Fe（OH）₃的混合物
④是Fe₂O₃、Fe（OH）₃的混合物     ⑤是Cu、Fe₂O₃的混合物     ⑥只有Fe（OH）₃
資料獲悉：（1）2Fe（OH）₃

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
（2）Cu在FeCl₃溶液中發生反應：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂
探究思路：利用物質的性質不同設計實驗加以甄別，先分別探究其中是否含有Fe（OH）₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當的試劑和方法通過實驗探究其組成．
（裝置內空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）
實驗探究：

（1）甲同學取適量紅色粉末裝入試管中，按圖1進行實驗．結果無水CuSO₄沒有變藍，從而排除猜想中的

 

．（填猜想中的序號）
（2）在甲同學實驗結論的基礎上，乙同學另取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解，溶液變色．乙同學認為可以排除猜想中的①和⑤，而丙同學認為只能排除猜想①，你認為

 

的觀點正確（填“乙”或“丙”）．
（3）丁同學為進一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質玻璃管中，按圖2在通風櫥中進行實驗．開始時緩緩通入CO氣體，過一段時間后再加熱使其充分反應．待反應完全后，停止加熱，仍繼續通CO氣體直至玻璃管冷卻．反應前后稱量相關裝置和物質的總質量，其數據如下表：

	反應前	反應后
Ⅰ 組	玻璃管和紅色粉末的總質量為37.3g	玻璃管和固體物質的總質量為36.1g
Ⅱ 組	洗氣瓶和所盛溶液的總質量為180.0g	洗氣瓶和瓶中物質的總質量為183.1g

交流討論：
①在裝置A中先通CO氣體的作用是

 

．
②應該選擇

 

組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成．最終計算結果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第

 

組（填序號）．
③寫出A裝置中發生反應的化學方程式

 

；實驗中觀察到A裝置中的現象為

 

．
④為了防止溶液倒吸，本實驗停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？

 

（填“需要”或“不需要”），理由是

 

．
反思評價：戊同學指出：從環保角度，圖29-2裝置有嚴重不足之處．請指出不足并加以改進？

 

．
拓展延伸：有同學提出丁同學上述實驗中的CO還可以用H₂代替，并將圖2中B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管，來確定該紅色粉末的組成，你認為是否可行？

 

（填“可行”或“不可行”）．

Answer 1

分析：本題是一道綜合性探究題，利用物質的性質不同設計實驗加以甄別，來探究紅色粉末的組成，先分別探究其中是否含有Fe（OH）₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當的試劑和方法通過實驗探究確定其組成．
根據【資料獲悉】中的（1）（2）（3）和探究（1）可排除猜想中的 ③④⑥，
根據【資料獲悉】（3）和探究（2）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物，探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實驗來確定是否有銅．
探究（3）要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發生爆炸，因此，應先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．應考慮到CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，顯然，該裝置沒有對尾氣進行處理．
因此主要是利用了氫氧化鐵受熱能分解生成水，可以通過無水硫酸銅粉末顏色的變化進行確定，銅不與鹽酸反應卻能與氯化鐵反應，一氧化碳是可燃性氣體，不純遇熱可能會發生爆炸現象，此氣體有毒，實驗中必須進行尾氣處理，能還原氧化鐵生成黑色的鐵粉和二氧化碳，定量研究混合物的組成必須保證實驗數據的準確性．

解答：解：實驗探究：（1）無水CuSO₄沒有變藍，說明沒有水生成，而氫氧化鐵能分解生成水，所以不可能含有氫氧化鐵；
（2）取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解，溶液變色，而銅不能與鹽酸反應，氧化鐵能與鹽酸反應生成氯化鐵，生成的氯化鐵能與銅反應生成氯化亞鐵和氯化銅，所以不能只含有銅，丙的觀點正確．
交流討論：（1）一氧化碳屬于可燃性氣體，不純遇熱可能發生爆炸；
（2）Ⅱ組實驗使用的是石灰水吸收二氧化碳，吸收的不夠完全使實驗數據不準確，應該使用Ⅰ組數據進行確定，
設粉末中氧化鐵的質量為x
3CO+Fe₂O₃

高溫  .

2Fe+3CO₂   固體△m
    160         112          48
     x                       1.2g

160

X

=

48

1.2g

    x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
（3）氧化鐵能與一氧化碳反應生成黑色的鐵粉，而銅不與一氧化碳反應；
（4）實驗結束后，需要繼續通入一氧化碳直到玻璃管冷卻，不會出現倒吸現象；
反思評價：一氧化碳有毒，需要進行尾氣處理；
拓展延伸：氫氣具有還原性，能代替一氧化碳來還原氧化鐵，生成的水能被堿石灰充分吸收
故答案為：（1）③④⑥；
（2）丙；
（3）①排盡裝置中空氣，防止發生爆炸；
②I；⑤
③Fe₂O₃+3CO

高溫  .

2Fe+3CO₂；紅棕色粉未變黑色
④不需要，因為停止加熱仍繼續通CO至玻璃管冷卻
沒有進行尾氣處理； 應在B裝置后加酒精燈點燃或用氣球回收；可行；

點評：此類題目主要對煉鐵的實驗原理、實驗現象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實驗分析與評價等方面進行考查．熟練掌握該實驗的反應原理以及實驗注意事項是解決此類問題的關鍵．