Question

【題目】某課外活動小組對一氧化碳還原氧化鐵的實驗中最后的產物產生濃厚興趣，試通過實驗來探究其成分。

Ⅰ、實驗裝置：

該裝置B中發生的離子方程式是 ______，裝置B的作用是 ______。

Ⅱ、實驗現象：玻璃管A中的粉末由紅色逐漸變為黑色時，停止加熱，繼續通一氧化碳，冷卻到室溫，停止通氣，同時觀察到澄清的石灰水變渾濁。

Ⅲ、實驗結論：

甲認為：依據上述實驗現象可以判斷出生成的黑色固體為金屬鐵。

乙認為：僅從上述實驗現象，不足以證明生成的黑色固體為金屬鐵，他增加一個實驗：用磁鐵靠近黑色固體，看到有黑色固體被磁鐵吸引，于是得出生成的黑色固體為金屬鐵的結論。

請你通過該反應的相關資料對他們的結論作出判斷，并通過實驗檢驗其合理性：

⑴在一定條件下，一氧化碳與氧化鐵在加熱條件下，可發生如下反應：

CO +3Fe2O3 = 2Fe3O4+ CO2↑ 4CO + Fe3O4 = Fe+ 4CO2↑

⑵四氧化三鐵(Fe3O4)為黑色固體，有強磁性，能夠被磁鐵吸引。

甲、乙同學的結論 ______。你對此評價的理由是 ______。

Ⅳ、實驗探究

對反應后固體成分提出假設：

假設1：反應后固體中只有Fe；

假設2：反應后固體中只有Fe3O4；

假設3：反應后固體中 ______ 。

為確定實驗中最后產物中的成分，丙同學設計如下實驗，請你利用限選試劑和儀器幫助他完成該探究過程，并將答案寫在答題卡相應位置。

限選試劑和儀器：1mol/L CuSO4、0.01mol/L KSCN溶液、1mol/L 鹽酸、0.01mol/L 氨水、試管、玻璃棒、膠頭滴管。

實驗操作	預期現象和結論
步驟一；取硬質玻璃管中固體產物少量分別于A、B試管中，加入足量1mol/L CuSO4溶液，攪拌溶解。	⑴若A試管中黑色固體不溶解，并且沒有觀察到其它現象，則黑色固體為 ______。 ⑵若B試管中有紅色固體析出，則說明黑色固體中含有 ______。
步驟二：對試管B中溶液過濾，將所得固體洗滌干凈后加足量1mol/L鹽酸后再依次分別加入適量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液。	①若溶液不變紅色，則______。 ②若溶液變紅色，則______。

Ⅴ、延伸探究：丁同學試圖通過反應前后固體質量的變化來確定黑色固體的成分，你認為可行嗎？(假設氧化鐵在反應中完全反應)______(填“行”或“不行”)，理由是：______。

Answer 1

【答案】Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓ 吸收一氧化碳氣體中的二氧化碳，便于一氧化碳燃燒 甲乙同學的結論均不正確 鐵和四氧化三鐵都是黑色固體，都可以被磁鐵吸引 Fe和Fe3O4 Fe3O4 Fe 假設1正確 假設3正確 行 等質量氧化鐵完全反應生成鐵或四氧化三鐵，固體質量變化不同

【解析】

Ⅰ、裝置B中發生的反應是二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水；吸收生成的二氧化碳，便于一氧化碳燃燒。

Ⅲ、金屬鐵、四氧化三鐵都是黑色固體，都能被磁鐵吸引。

Ⅳ、根據假設1和假設2分析得出假設3得到反應后固體。

步驟一：根據分別加入足量1mol/L CuSO4溶液，攪拌溶解，看是否溶解或紅色固體析出；步驟二：對試管B中溶液過濾，將所的固體洗滌干凈后加足量1mol/L鹽酸后再依次分別加入適量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液，根據①、②現象得出結論。

Ⅴ、等質量氧化鐵完全反應生成鐵或四氧化三鐵，固體質量變化不同，利用反應前后固體質量變化極值分析計算做出判斷。

Ⅰ、一氧化碳還原氧化鐵反應生成鐵和二氧化碳，裝置B中發生的反應是二氧化碳和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和水，反應的離子方程式為：Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓；吸收生成的二氧化碳，便于一氧化碳燃燒，故答案為：Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓；吸收一氧化碳氣體中的二氧化碳，便于一氧化碳燃燒。

Ⅲ、甲認為：依據上述實驗現象可以判斷出生成的黑色固體為金屬鐵，四氧化三鐵也是黑色固體，故甲不合理；乙認為：僅從上述實驗現象，不足以證明生成的黑色固體為金屬鐵，他增加一個實驗：用磁鐵靠近黑色固體，看到有黑色固體被磁鐵吸引,于是得出生成的黑色固體為金屬鐵的結論，四氧化三鐵(Fe3O4)為黑色固體，有強磁性，能夠被磁鐵吸引，說明乙同學結論不合理；故答案為：甲乙同學的結論不合理；鐵和四氧化三鐵都是黑色固體，都可以被磁鐵吸引。

Ⅳ、根據假設1和假設2分析得出假設3：反應后固體中有Fe和Fe3O4；故答案為：Fe和Fe3O4。

步驟一：取硬質玻璃管中固體產物少量分別與A、B試管中，加入足量1mol/L CuSO4溶液，攪拌溶解，若A試管中黑色固體不溶解，并且沒有觀察到其它現象，則黑色固體為Fe3O4，若B試管中有紅色固體析出，則說明黑色固體中含有Fe；步驟二：對試管B中溶液過濾，將所的固體洗滌干凈后加足量1mol/L鹽酸后再依次分別加入適量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液，①若溶液不變紅色，則假設1正確；②若溶液變紅色，則假設3正確；故答案為：Fe3O4；Fe；假設1正確；假設3正確。

Ⅴ、依據反應前后固體質量的變化來確定黑色固體的成分，等質量氧化鐵完全反應生成鐵或四氧化三鐵，固體質量變化不同，利用反應前后固體質量變化極值分析計算做出判斷，所以可以分析判斷固體物質組成；故答案為：行；等質量氧化鐵完全反應生成鐵或四氧化三鐵，固體質量變化不同。