Question

（2012•連云港）一化學興趣小組對某月餅包裝盒中的“脫氧劑”很好奇，他們觀察到“脫氧劑”外包裝標注的成分為鐵粉、活性炭和氯化鈉，打開發現灰黑色的固體中還夾雜著少量紅棕色粉末．

【資料獲悉】鐵系“脫氧劑”的作用原理是利用鐵能被氧氣氧化，從而達到除氧保鮮的目的．

【教師指導】鐵被氧氣氧化最終產物為紅棕色的Fe₂O₃（其他產物忽略不計）．

【探究目的】小組同學欲探究該“脫氧劑”是否已經失效（即單質鐵是否已經完全被氧化），并測定各成分的質量分數，設計了以下探究實驗．

【實驗探究】

步驟1：小剛用磁鐵接近樣品，發現磁鐵吸引了部分黑色固體．

步驟2：稱取10.00g樣品與一燒杯中，加足量水充分攪拌溶解后，過濾，將濾渣洗滌、干燥、稱得其質量為7.28g．

步驟3：按如下裝置，將得到的7.28g固體與足量稀硫酸反應，用電子秤稱得反應前后總質量差為0.15g．

步驟4：將錐形瓶中反應后的液體過濾，并將濾渣洗滌、干燥后，稱得其質量為1.20g．

【交流討論】

（1）由步驟1得出的結論是         ．

（2）步驟2目的是　溶解樣品中氯化鈉　，檢驗該濾液中溶質的方法是                            ．

（3）步驟3中儀器A的名稱為                   ．

小明認為0.15g差值即為H₂的質量，并由此計算出樣品中單質鐵的質量為4.20g．

小華提出在裝置的a導管處應該再連接一個盛有堿石灰的干燥管，他這樣做的理由是                ．

（4）如果步驟4中濾渣沒有經過洗滌，則稱得的質量       1.20g（填“＞”或“=”或“＜”）

【教師指導】樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應外，還存在反應：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產生H₂的質量計算樣品中鐵的質量不合理．實際上，樣品中單質鐵的質量應該是與酸反應消耗的鐵和與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量總和．

【學生實驗】小紅將步驟3的裝置進行了改進，重新稱取10.00g樣品進行實驗，并準確測得固體與足量稀硫酸反應前后總質量差為0.14g．

【數據處理】由于反應過程較復雜，小組同學在老師的幫助下，推算出與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量為0.56g．

【請你參與】

（1）寫出Fe₂O₃與稀硫酸反應的化學方程式．

（2）請根據以上數據，計算該樣品中各成分的質量分數．

 

Answer 1

【答案】

【交流討論】（1）樣品中含有單質的鐵；（2）溶解樣品中氯化鈉，取少量濾液于試管中，滴加硝酸銀溶液，產生白色沉淀，說明溶質為氯化鈉；（3）分液漏斗，減少對氫氣質量的測定產生的誤差；（4）＞；

【請你參與】（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；（2）氯化鈉的質量分數為27.2%，活性炭的質量分數為12%，鐵的質量分數為44.8%，氧化鐵的質量分數為16%

【解析】【交流討論】

（1）由用磁鐵接近樣品，發現磁鐵吸引了部分黑色固體，說明了樣品中含有單質的鐵；

（2）將樣品加足量水充分攪拌溶解，將樣品中的氯化鈉溶解掉了．檢驗該濾液中溶質的方法是取少量濾液于試管中，滴加硝酸銀溶液，產生白色沉淀，說明溶質為氯化鈉；

（3）儀器A的名稱為分液漏斗；在裝置的a導管處再連接一個盛有堿石灰的干燥管，堿石灰能干燥氫氣，所以，這樣做的理由是：減少對氫氣質量的測定產生的誤差；

（4）由于濾渣表面粘附少量溶質，所以，稱得的質量大于1.20g；

【請你參與】

（1）Fe₂O₃與稀硫酸反應的化學方程式是：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；

（2）由步驟2可知：氯化鈉的質量為：10.00g﹣7.28g=2.72g，氯化鈉的質量分數為：×100%=27.2%；

由步驟4可知：濾渣為活性炭，質量為：1.2g，活性炭的質量分數為：×100%=12%；

設生成0.14g氫氣需要貼的質量為x

Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑

56             2

x            0.14g

x=3.92g

樣品中鐵的質量分數為：×100%=44.8%；

所以，氧化鐵的質量分數為：1﹣27.2%﹣12%﹣44.8%=16%