Question

某化学兴趣小组有一次活动的内容是：对一包干燥的红色粉末组成进行探究．请你参与并回答有关问题．
教师提醒：它由Cu、Fe₂O₃、Fe（OH）₃三种固体中的一种或两种组成．
提出猜想：红色粉末可能的组成有：
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
资料获悉：（1）2Fe（OH）₃

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
（2）Cu在FeCl₃溶液中发生反应：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂
探究思路：利用物质的性质不同设计实验加以甄别，先分别探究其中是否含有Fe（OH）₃、Cu等，逐步缩小范围，然后再选择适当的试剂和方法通过实验探究其组成．
（装置内空气中的水蒸气、CO₂忽略不计）
实验探究：

（1）甲同学取适量红色粉末装入试管中，按图1进行实验．结果无水CuSO₄没有变蓝，从而排除猜想中的

 

．（填猜想中的序号）
（2）在甲同学实验结论的基础上，乙同学另取少量红色粉末于试管中，滴加足量稀盐酸，振荡后观察，发现固体全部溶解，溶液变色．乙同学认为可以排除猜想中的①和⑤，而丙同学认为只能排除猜想①，你认为

 

的观点正确（填“乙”或“丙”）．
（3）丁同学为进一步确定红色粉末的组成，称取该粉末5.0g装入硬质玻璃管中，按图2在通风橱中进行实验．开始时缓缓通入CO气体，过一段时间后再加热使其充分反应．待反应完全后，停止加热，仍继续通CO气体直至玻璃管冷却．反应前后称量相关装置和物质的总质量，其数据如下表：

	反应前	反应后
Ⅰ 组	玻璃管和红色粉末的总质量为37.3g	玻璃管和固体物质的总质量为36.1g
Ⅱ 组	洗气瓶和所盛溶液的总质量为180.0g	洗气瓶和瓶中物质的总质量为183.1g

交流讨论：
①在装置A中先通CO气体的作用是

 

．
②应该选择

 

组的实验数据计算来确定红色粉末的组成．最终计算结果表明：该红色粉末的组成是猜想中的第

 

组（填序号）．
③写出A装置中发生反应的化学方程式

 

；实验中观察到A装置中的现象为

 

．
④为了防止溶液倒吸，本实验停止加热前是否需要先断开A和B的连接处？

 

（填“需要”或“不需要”），理由是

 

．
反思评价：戊同学指出：从环保角度，图29-2装置有严重不足之处．请指出不足并加以改进？

 

．
拓展延伸：有同学提出丁同学上述实验中的CO还可以用H₂代替，并将图2中B装置换成盛有碱石灰（生石灰和氢氧化钠固体混合物）的干燥管，来确定该红色粉末的组成，你认为是否可行？

 

（填“可行”或“不可行”）．

Answer 1

分析：本题是一道综合性探究题，利用物质的性质不同设计实验加以甄别，来探究红色粉末的组成，先分别探究其中是否含有Fe（OH）₃、Cu等，逐步缩小范围，然后再选择适当的试剂和方法通过实验探究确定其组成．
根据【资料获悉】中的（1）（2）（3）和探究（1）可排除猜想中的 ③④⑥，
根据【资料获悉】（3）和探究（2）可排除猜想中的①，故红色粉末可能是Fe₂O₃ 或Cu、Fe₂O₃的混合物，探究（3）利用了一氧化碳的还原性和定量实验来确定是否有铜．
探究（3）要考虑到CO具有可燃性，与玻璃管中的空气混合受热会发生爆炸，因此，应先通CO排尽玻璃管中的空气，然后再加热．应考虑到CO有毒，排放到空气中会污染大气，显然，该装置没有对尾气进行处理．
因此主要是利用了氢氧化铁受热能分解生成水，可以通过无水硫酸铜粉末颜色的变化进行确定，铜不与盐酸反应却能与氯化铁反应，一氧化碳是可燃性气体，不纯遇热可能会发生爆炸现象，此气体有毒，实验中必须进行尾气处理，能还原氧化铁生成黑色的铁粉和二氧化碳，定量研究混合物的组成必须保证实验数据的准确性．

解答：解：实验探究：（1）无水CuSO₄没有变蓝，说明没有水生成，而氢氧化铁能分解生成水，所以不可能含有氢氧化铁；
（2）取少量红色粉末于试管中，滴加足量稀盐酸，振荡后观察，发现固体全部溶解，溶液变色，而铜不能与盐酸反应，氧化铁能与盐酸反应生成氯化铁，生成的氯化铁能与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜，所以不能只含有铜，丙的观点正确．
交流讨论：（1）一氧化碳属于可燃性气体，不纯遇热可能发生爆炸；
（2）Ⅱ组实验使用的是石灰水吸收二氧化碳，吸收的不够完全使实验数据不准确，应该使用Ⅰ组数据进行确定，
设粉末中氧化铁的质量为x
3CO+Fe₂O₃

高温  .

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

160

X

=

48

1.2g

    x=4g
粉末共有5g，氧化铁4g，所以含有铜粉；
（3）氧化铁能与一氧化碳反应生成黑色的铁粉，而铜不与一氧化碳反应；
（4）实验结束后，需要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，不会出现倒吸现象；
反思评价：一氧化碳有毒，需要进行尾气处理；
拓展延伸：氢气具有还原性，能代替一氧化碳来还原氧化铁，生成的水能被碱石灰充分吸收
故答案为：（1）③④⑥；
（2）丙；
（3）①排尽装置中空气，防止发生爆炸；
②I；⑤
③Fe₂O₃+3CO

高温  .

2Fe+3CO₂；红棕色粉未变黑色
④不需要，因为停止加热仍继续通CO至玻璃管冷却
没有进行尾气处理； 应在B装置后加酒精灯点燃或用气球回收；可行；

点评：此类题目主要对炼铁的实验原理、实验现象、操作步骤、尾气处理、装置连接及实验分析与评价等方面进行考查．熟练掌握该实验的反应原理以及实验注意事项是解决此类问题的关键．