Question

某学校研究性学习小组，以某工厂生产过程中产生的废弃物“红色铁泥”为研究对象，探究红色物质的成分，请你参与他们的活动．[小组讨论]同学们对“铁泥”中所含红色物质作了如下猜想：甲同学：红色物质是铜； 乙同学：红色物质是氧化铁；
丙同学：红色物质是氢氧化铁；丁同学：红色物质是氧化铁和氢氧化铁
[资料在线]①该厂“红色铁泥”主要是生产过程中使用铁触媒（一种催化剂）后的废弃物，
除红色物质外，还含有通常不与酸、碱、氧气反应及受热不发生分解的物质；
②氢氧化铁受热时，会分解产生氧化铁和水．
[实验验证]为验证上述四位同学的猜想，小明、小红两位同学进行了如下实验：小明取一定量“红色铁泥”样品，加入稀硫酸，观察到有黄色溶液产生，于是得出“乙同学的猜想成立”的结论；
小红同学按下列顺序进行实验：先取适量已晒干的“红色铁泥”，称量其质量为m₁g；
再将“红色铁泥”置于坩埚中充分加热并在干燥器中冷却后，称量其质量为m₂g．
[问题讨论]请回答下列问题：（1）其他同学一致认为，小明同学得出的“乙同学的猜想成立”的结论不合理，理由是

 

；
（2）针对小红同学的实验操作及测定的两个数据，进行分析：
①若甲同学的猜想成立，则实验中反应的化学方程式为

 

；
②若m₁=m₂，则

 

（填“甲”、“乙”或“丙”）同学的猜想成立；
[拓展应用]
应用之一：若“红色铁泥”中“红色物质是氢氧化铁”，可应用下列实验方案回收“红色铁泥”
中的铁元素制得“铁红”（化学式为Fe₂O₃，是红色油漆的重要原料）：

（1）上述过程中发生了三个反应，写出其中的一个化学方程式：

 

；
（2）a、b是同一实验操作，该操作需要的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和

 

；
（3）若通过上述途径获得的“铁红”的纯度（Fe₂O₃的质量分数）不高，试分析可能的原因

 

 

（说出一点即可）．
应用之二：为了测定用以上方法制得的“铁红”的纯度，同学们又进行了下列实验探究．请你参与过程分析与交流．
查阅资料：草酸（乙二酸H₂C₂O₄）在浓H₂SO₄

存在下发生下列反应：
H₂C₂O₄

浓H2SO4  .

△

CO↑+CO₂↑+H₂O
实验准备：按如图安装好实验装置：
实验数据：取10g“铁红”样品进行实验，
所得实验数据有右表所示甲、乙两组：

甲组数据		乙组数据
玻璃管连同样品的质量		E装置连同样品的质量
实验前	实验后	实验前	实验后
60g	57.6g	100g	107g

分析讨论：
（1）同学们拟用纯净的CO还原“铁红”，所设计的实验装置中B、C盛放的试剂的作用
依次是

 

、

 

；
（2）从环保角度看，请你提出改进该实验装置的建议

 

；

（3）从实验安全和实验操作程序看，首先要检查装置的气密性，实验开始先加热

 

（填“A”或“D”）处，实验结束时，应

 

（填“先”或“后”）停止D处的加热；
（4）同学们认为，若用乙组数据进行计算“铁红”的纯度，则实验测定结果却偏大，分析造成偏大的原因可能是

 

；
（5）请依据甲组数据，计算该“铁红”样品的纯度．（写出计算的过程）

Answer 1

分析：本题探究物质的组成，主要利用物质的化学性质．
[问题讨论]（1）溶液中有Fe³⁺存在，就显黄色，氧化铁和氢氧化铁都能和硫酸反应，生成Fe³⁺
（2）若为铜，则是铜在加热时与空气中的氧气反应；加热质量不变，说明是氧化铁．
应用之一：（1）主要有三个反应，氢氧化铁和盐酸反应、三氯化铁和氢氧化钠反应、氢氧化铁的加热分解
（2）固体和含Fe³⁺的溶液分离，要采用过滤操作
（3）若纯度不高，由元素守恒，可能有损失的铁，则原因可能为红褐色固体加热不充分或操作a得到的溶液X不澄清等．
应用之二：（1）A中反应产物有二氧化碳、一氧化碳、水，在D中要CO还原氧化铁，并进行成分计算，所以要排除A中产生的二氧化碳和水
（2）为确保氧化铁被完全反应，CO过量，有毒不能排放在空气中，要增添尾气处理装置
（3）CO不纯，点燃可能会引起爆炸，应让CO充满整个装置，所以要先让A中反应发生，结束时为防止铁被氧化，要继续通一会CO，所以要先停止D加热
（4）装置与外界空气相通，氢氧化钠溶液易吸收空气中CO₂
（5）样品中氧化铁的质量可由表中甲组数据计算；铁红的纯度用氧化铁质量和样品质量来求

解答：解：[问题讨论]（1）因为氢氧化铁和氧化铁都能和硫酸反应，形成黄色溶液，故答案为：氢氧化铁也能和硫酸反应，形成黄色溶液
（2）铜能与氧气加热反应，而氧化铁不反应，故答案为：2Cu+O₂

△   .

2CuO；乙
应用之一：（1）Fe（OH）₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O（任写一个）
（2）因为固体和液体分离要用过滤操作，故答案为：漏斗
（3）纯度不高，说明铁没有完全转化到最终产物，故答案为：红褐色固体加热不充分（或操作a得到的溶液X不澄清等）
应用之二：（1）A中反应产物有二氧化碳、一氧化碳、水，要净化、除杂，故答案为：除去一氧化碳中含有的二氧化碳、干燥一氧化碳
（2）CO有毒，过量气体不能排放在空气中，故答案为：在装置E后增添尾气处理装置（在装置E后或放一盏燃着的酒精灯；或在装置E后连接排水法收集气体的装置；或在装置E后套上气球或气囊）
（3）CO不纯，点燃可能会引起爆炸，还原结束要防止铁被氧化，故选A、先
（4）空气中的二氧化碳也一起被E中溶液吸收，故答案为：装置E中的氢氧化钠溶液吸收了空气中的二氧化碳
（5）设样品中氧化铁的质量为X，由表中甲组数据
Fe₂O₃～3O
160   48
X   （60-57.6）g
160：48=X：（60-57.6）g
解得：X=8g
纯度为：

8g

10g

×100%=80%
答：其纯度为80%

点评：本题较复杂，综合性强，考查的知识点多，应该变化为几个小题．