Question

【题目】某课外活动小组对一氧化碳还原氧化铁的实验中最后的产物产生浓厚兴趣，试通过实验来探究其成分。

Ⅰ、实验装置：

该装置B中发生的离子方程式是 ______，装置B的作用是 ______。

Ⅱ、实验现象：玻璃管A中的粉末由红色逐渐变为黑色时，停止加热，继续通一氧化碳，冷却到室温，停止通气，同时观察到澄清的石灰水变浑浊。

Ⅲ、实验结论：

甲认为：依据上述实验现象可以判断出生成的黑色固体为金属铁。

乙认为：仅从上述实验现象，不足以证明生成的黑色固体为金属铁，他增加一个实验：用磁铁靠近黑色固体，看到有黑色固体被磁铁吸引，于是得出生成的黑色固体为金属铁的结论。

请你通过该反应的相关资料对他们的结论作出判断，并通过实验检验其合理性：

⑴在一定条件下，一氧化碳与氧化铁在加热条件下，可发生如下反应：

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

⑵四氧化三铁(Fe3O4)为黑色固体，有强磁性，能够被磁铁吸引。

甲、乙同学的结论 ______。你对此评价的理由是 ______。

Ⅳ、实验探究

对反应后固体成分提出假设：

假设1：反应后固体中只有Fe；

假设2：反应后固体中只有Fe3O4；

假设3：反应后固体中 ______ 。

为确定实验中最后产物中的成分，丙同学设计如下实验，请你利用限选试剂和仪器帮助他完成该探究过程，并将答案写在答题卡相应位置。

限选试剂和仪器：1mol/L CuSO4、0.01mol/L KSCN溶液、1mol/L 盐酸、0.01mol/L 氨水、试管、玻璃棒、胶头滴管。

实验操作	预期现象和结论
步骤一；取硬质玻璃管中固体产物少量分别于A、B试管中，加入足量1mol/L CuSO4溶液，搅拌溶解。	⑴若A试管中黑色固体不溶解，并且没有观察到其它现象，则黑色固体为 ______。 ⑵若B试管中有红色固体析出，则说明黑色固体中含有 ______。
步骤二：对试管B中溶液过滤，将所得固体洗涤干净后加足量1mol/L盐酸后再依次分别加入适量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液。	①若溶液不变红色，则______。 ②若溶液变红色，则______。

Ⅴ、延伸探究：丁同学试图通过反应前后固体质量的变化来确定黑色固体的成分，你认为可行吗？(假设氧化铁在反应中完全反应)______(填“行”或“不行”)，理由是：______。

Answer 1

【答案】Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓ 吸收一氧化碳气体中的二氧化碳，便于一氧化碳燃烧 甲乙同学的结论均不正确 铁和四氧化三铁都是黑色固体，都可以被磁铁吸引 Fe和Fe3O4 Fe3O4 Fe 假设1正确 假设3正确 行 等质量氧化铁完全反应生成铁或四氧化三铁，固体质量变化不同

【解析】

Ⅰ、装置B中发生的反应是二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水；吸收生成的二氧化碳，便于一氧化碳燃烧。

Ⅲ、金属铁、四氧化三铁都是黑色固体，都能被磁铁吸引。

Ⅳ、根据假设1和假设2分析得出假设3得到反应后固体。

步骤一：根据分别加入足量1mol/L CuSO4溶液，搅拌溶解，看是否溶解或红色固体析出；步骤二：对试管B中溶液过滤，将所的固体洗涤干净后加足量1mol/L盐酸后再依次分别加入适量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液，根据①、②现象得出结论。

Ⅴ、等质量氧化铁完全反应生成铁或四氧化三铁，固体质量变化不同，利用反应前后固体质量变化极值分析计算做出判断。

Ⅰ、一氧化碳还原氧化铁反应生成铁和二氧化碳，装置B中发生的反应是二氧化碳和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应的离子方程式为：Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓；吸收生成的二氧化碳，便于一氧化碳燃烧，故答案为：Ca2+ + 2OH－+ CO2 = H2O + CaCO3↓；吸收一氧化碳气体中的二氧化碳，便于一氧化碳燃烧。

Ⅲ、甲认为：依据上述实验现象可以判断出生成的黑色固体为金属铁，四氧化三铁也是黑色固体，故甲不合理；乙认为：仅从上述实验现象，不足以证明生成的黑色固体为金属铁，他增加一个实验：用磁铁靠近黑色固体，看到有黑色固体被磁铁吸引,于是得出生成的黑色固体为金属铁的结论，四氧化三铁(Fe3O4)为黑色固体，有强磁性，能够被磁铁吸引，说明乙同学结论不合理；故答案为：甲乙同学的结论不合理；铁和四氧化三铁都是黑色固体，都可以被磁铁吸引。

Ⅳ、根据假设1和假设2分析得出假设3：反应后固体中有Fe和Fe3O4；故答案为：Fe和Fe3O4。

步骤一：取硬质玻璃管中固体产物少量分别与A、B试管中，加入足量1mol/L CuSO4溶液，搅拌溶解，若A试管中黑色固体不溶解，并且没有观察到其它现象，则黑色固体为Fe3O4，若B试管中有红色固体析出，则说明黑色固体中含有Fe；步骤二：对试管B中溶液过滤，将所的固体洗涤干净后加足量1mol/L盐酸后再依次分别加入适量0.01mol/L氨水、少量0.01mol/L KSCN溶液，①若溶液不变红色，则假设1正确；②若溶液变红色，则假设3正确；故答案为：Fe3O4；Fe；假设1正确；假设3正确。

Ⅴ、依据反应前后固体质量的变化来确定黑色固体的成分，等质量氧化铁完全反应生成铁或四氧化三铁，固体质量变化不同，利用反应前后固体质量变化极值分析计算做出判断，所以可以分析判断固体物质组成；故答案为：行；等质量氧化铁完全反应生成铁或四氧化三铁，固体质量变化不同。