Question

12．某化學興趣小組對一包干燥的紅色粉末組成進行探究．請你參與并回答有關問題．
【教師提醒】它由Cu、Fe₂O₃二種固體中的一種或兩種組成．
【提出猜想】紅色粉末可能的組成有：①只有Cu；②只有Fe₂O₃；③是Cu、Fe₂O₃的混合物．
【資料獲悉】Cu在FeCl₃溶液中發生反應：2FeCl₃+Cu═2FeCl₂+CuCl₂．
【實驗探究】
（1）甲同學取少量紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解．甲同學認為可以排除猜想中的①和③，而乙同學認為只能排除猜想①，乙（填“甲”或“乙”）的觀點正確．
（2）丙同學為進一步確定紅色粉末的組成，稱取該粉末5.0g裝入硬質玻璃管中，按如圖裝置在通風櫥中進行實驗．開始時緩緩通入CO氣體，過一段時間后再加熱使其充分反應．待反應完全后，停止加熱，仍繼續通CO氣體直至玻璃管冷卻．反應前后稱量相關裝置和物質的總質量，其數據如下表：

	反應前	反應后
Ⅰ組	玻璃管和紅色粉末的總質量為37.3g	玻璃管和固體物質的總質量為36.1g
Ⅱ組	洗氣瓶和所盛溶液的總質量為180.0g	洗氣瓶和瓶中物質的總質量為183.1g

【交流討論】
（1）在裝置A中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣．
（2）應該選擇I組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成．最終計算結果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第③組（填序號）．
（3）寫出A裝置中發生反應的化學方程式：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；實驗中觀察到A裝置中的現象為部分紅色粉末變黑．
（4）為了防止溶液倒吸，本實驗停止加熱前是否需要先斷開A和B的連接處？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中．
【反思評價】丁同學指出：從環保角度，如圖裝置有嚴重不足之處．你認為應該如何改進？在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉．

Answer 1

分析 本題是一道綜合性探究題，利用物質的性質不同設計實驗加以甄別，來探究紅色粉末的組成，先分別探究其中是否含有
Fe₂O₃、Cu等，逐步縮小范圍，然后再選擇適當的試劑和方法通過實驗探究確定其組成．
【提出猜想】單獨的氧化鐵也是紅色固體．
（1）根據【資料獲悉】和探究（1）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物．
（2）探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實驗來確定是否有銅．
【交流討論】
（1）探究要考慮到CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發生爆炸，因此，應先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．
（2）利用I組數據計算出固體的氧化鐵質量，與混合物質量對比即可確定成分；
（3）氧化鐵被還原出的鐵粉呈黑色．
（4）一氧化碳一直向里通入，不會產生倒吸現象．
【反思評價】由于一氧化碳有毒，排放到空氣中會污染空氣，因此要進行尾氣處理．

解答 解：【提出猜想】由于氧化銅氧化鐵均是紅色固體，所以紅色粉末可能的組成有：①只有Cu；②只有 Fe₂O₃；
③是Cu、Fe₂O₃的混合物
故答案為：Fe₂O₃
（2）根據資料：Cu在FeCl₃溶液中發生反應：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂ ；取紅色粉末于試管中，滴加足量稀鹽酸，振蕩后觀察，發現固體全部溶解，溶液變色，可推斷排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物；
所以說乙同學的觀點正確；
故答案為：乙
【交流討論】
（1）根據CO具有可燃性，與玻璃管中的空氣混合受熱會發生爆炸，因此，應先通CO排盡玻璃管中的空氣，然后再加熱．所以在裝置A中先通CO氣體的作用是：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發生爆炸）；
故答案為：排凈裝置中的空氣（或防止CO和裝置中的空氣混合受熱發生爆炸）；
（2）第Ⅱ組數據，不能證明二氧化碳完全反應（石灰水少量）；應該選擇Ⅰ組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成．
設粉末中氧化鐵的質量為x
3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ 固體△m
160            112      48
x                      1.2g
$\frac{160}{x}$=$\frac{48}{1.2g}$，x=4g
粉末共有5g，氧化鐵4g，所以含有銅粉；
故答案為：Ⅰ；③；
（3）A裝置中發生反應的化學方程式為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；紅色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，因此實驗中觀察到A裝置中的現象為：部分紅色粉末變黑；
故答案為：3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；部分紅色粉末變黑；
（4）因為在反應中一直通入CO氣體直至冷卻，B中溶液不會倒吸到A裝置中．
故答案為：不需要；因為一直通入CO氣體，B中溶液不會倒吸到A裝置中；
【反思評價】
此反應應考慮到CO有毒，排放到空氣中會污染大氣，顯然，該裝置沒有對尾氣進行處理；所以圖裝置有嚴重不足之處．改進方法為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；
故答案為：在B裝置后放一燃著的酒精燈將剩余氣體燒掉（或用塑料袋等收集）；

點評 此類題目主要對煉鐵的實驗原理、實驗現象、操作步驟、尾氣處理、裝置連接及實驗分析與評價等方面進行考查．熟練掌握該實驗的反應原理以及實驗注意事項是解決此類問題的關鍵．