Question

【題目】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：氧化鐵和一氧化碳反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成四氧化三鐵，再生成氧化亞鐵(黑色)，最后生成鐵。

[提出猜想]

四氧化三鐵中可能含有的雜質是氧化鐵和氧化亞鐵中的一種或兩種。

[實驗設計]

同學們稱取了23.28 g該四氧化三鐵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四氧化三鐵樣品中的雜質，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�、巯←}酸　　④水

(2)上述實驗過程中，一氧化碳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(如圖)：

(1)寫出BC段發生反應的化學方程式____________。

(2)通過計算確定：該四氧化三鐵樣品中含有的雜質是_____，其中含四氧化三鐵的質量是__g。(不需要寫過程)

Answer 1

【答案】② 將裝置中的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中 一氧化碳從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣 Fe3O4＋CO3FeO＋CO2 氧化鐵 20.88 g

【解析】

根據實驗目的及裝置圖分析裝置中應該選用的試劑；根據CO的性質及在整個實驗過程中的作用分析解答；根據題給信息分析中可能產物結合圖表數據分析各步反應；根據圖示數據及各組成的質量分數計算分析樣品可能雜質及含量。

甲組：（1）氫氧化鈣的溶解性很小，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；二氧化碳溶解水的能力也不大，不能保證把生成的二氧化碳全部吸收；稀鹽酸和二氧化碳不反應；只有氫氧化鈉溶液保證把生成的二氧化碳全部吸收，故選用氫氧化鈉濃溶液，故答案為：②；

（2）上述實驗過程中，一氧化碳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將裝置中的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中；

故答案為：將裝置中的二氧化碳通入氫氧化鈉溶液中；

（3）一氧化碳從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，使B增重的質量偏小，從而影響計算樣品中雜質的質量，故答案為一氧化碳從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；

乙組：（1）根據資料二：氧化鐵和一氧化碳反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成四氧化三鐵，再生成氧化亞鐵(黑色)，最后生成鐵分析知：AB段先生成四氧化三鐵，BC段生成氧化亞鐵，CD段生成鐵，所以BC段發生反應的化學方程式：Fe3O4＋CO3FeO＋CO2；

（2）到700 ℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質，混合物中鐵元素的質量分數＝ =72.16%，四氧化三鐵鐵元素的質量分數＝＝72.4%；氧化亞鐵鐵元素的質量分數＝≈77.8%；氧化鐵鐵元素的質量分數＝=70%，所以該四氧化三鐵樣品中含有的雜質是氧化鐵；設混合物中含四氧化三鐵的質量為x，則，x＝20.88g，故答案為：氧化鐵；20.88 g。