Question

13．某化學興趣小組有一次活動的內容是：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、Fe（OH）₃三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只有Fe（OH）₃④是Fe₂O₃與Fe（OH）₃的混合物
⑤是Cu與Fe₂O₃的混合物  ⑥是Cu與Fe（OH）₃的混合物
【資料獲悉】
（1）2Fe（OH）₃$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O      
（2）白色無水CuSO₄遇水變藍；
（3）Cu在FeCl₃溶液中發生反應：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂．
【探究思路】利用物質的性質不同設計實驗加以甄別，先分別探究其中是否含有Fe（OH）₃、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其組成．（裝置內空氣中的水蒸氣、CO₂忽略不計）
【實驗探究】

（1）甲同學取適量紅色粉末裝入試管中，按圖1進行實驗．結果無水CuSO₄沒有變藍，從而排除猜想中的③④⑥（填猜想中的序號）．

（2）在甲同學實驗結論的基礎上，乙同學另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，溶液變色．乙同學認為可以排除猜想中的①和⑤，而丙同學認為只能排除猜想①，你認為丙的觀點正確（填“乙”或“丙”）．
（3）丁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，按圖2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）中先通CO氣體的作用是排凈裝置中的空氣．
（2）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⑤組（填序號）．
（3）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】戊同學指出：從環保角度，上右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．
【拓展延伸】有同學提出丁同學上述實驗中的CO還可以用H₂代替，并將上面右圖中B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管，來確定該紅色粉末的組成，你認為是否可行？可行（填“可行”或“不可行”）．

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Fe（OH）₃、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．
根據【資料獲悉】中的（1）（2）（3）和探究（1）可排除猜想中的 ③④⑥，
根據【資料獲悉】（3）和探究（2）可排除猜想中的①，故紅色粉末可能是Fe₂O₃  或Cu、Fe₂O₃的混合物，探究（3）利用了一氧化碳的還原性和定量實驗來確定是否有銅．
探究（3）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．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．
在探究的同時也出現了與上述高考題中相同的防倒吸及尾氣處理等考點．同時考查了一氧化碳還原氧化鐵的實驗操作要點實驗現象等，對氫氣的還原性也進行了衍生．

解答 解：【實驗探究】
（1）根據資料 2Fe（OH）₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Fe₂O₃+3H₂O，白色無水CuSO₄遇水變藍；加熱紅色粉末，結果無水CuSO₄沒有變藍，從而排除猜想中的含有Fe（OH）₃的選項③④⑥；故答案為：③④⑥；
（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；
所以說丙同學的觀點正確；故答案為：丙；
【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；應該選擇Ⅰ組的實驗數據計算來確定紅色粉末的組成．根據極值法計算法，最終計算結果表明：該紅色粉末的組成是猜想中的第⑤組；故答案為：Ⅰ；⑤；
（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）；
【拓展延伸】：CO還可以用H₂代替，B裝置換成盛有堿石灰（生石灰和氫氧化鈉固體混合物）的干燥管，來確定該紅色粉末的組成，可行；故答案為：可行．

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．