Question

13．“暖寶寶”是一種很方便的貼片，它薄如紙、輕如棉、柔軟而富有彈性，使用時只須往相應部位一貼，立刻就能發熱，溫度最高達60℃，平均50℃．持續時間在10～12小時．打開包裝袋，發現其為黑色固體，帶著好奇，我們共同來探究．
【提出問題】“暖寶寶”的主要成分是什么？
【假設和猜想】“暖寶寶”的主要成分可能有：鐵、碳等．
【方案設計1】黑色固體的探究，請將下列實驗報告補充完整：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
把適量樣品放在濾紙上，把磁鐵靠近粉末	部分粉末被吸引	“暖寶寶”中有鐵單質
在一裝有40mL紅墨水的燒杯中，加入3藥匙黑色粉末，用玻璃棒攪拌，靜置，觀察現象	褪色	“暖寶寶”中有碳單質

我們學過的黑色固體都不溶于水，“暖寶寶”中有沒有可能還含有其他可溶于水的成分呢？
【方案設計2】常見陰離子的檢驗，請將下列實驗報告補充完整：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
用滴管取上層清液于試管中，加稀鹽酸，觀察現象	無氣泡產生	無CO32-
用滴管取上層清液于試管中，滴加適量的稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液	產生白色沉淀	有Cl-

【得出結論】
“暖寶寶”的成分中含有：鐵粉、碳粉、氯離子的化合物等．
【深入探究】
小海、小林、小明三同學一起測定“暖寶寶”中鐵的百分含量．
查閱資料：常溫下氫氣密度為0.0899g/L．
設計原理：將一定質量的“暖寶寶”樣品與稀鹽酸混合，測定反應產生的氫氣的質量，計算出Fe的質量，繼而得“暖寶寶”中鐵的百分含量．
過程方法：
（1）小海首先設計（如圖1）：向裝有樣品（10g）的錐形瓶（55g）中加入20g稀鹽酸，待反應完畢后測得錐形瓶和反應后混合物的總質量為84.8g，則產生氫氣的質量是0.2g，“暖寶寶”中鐵的質量分數是多少？（寫出計算過程）

（2）小林對小海的設計提出質疑后，設計如圖2的方案（只在上述方案中的錐形瓶上加一干燥管），請你說明小林質疑的理由是氫氣逸出時會帶出水蒸氣．
（3）小明通過思考后，覺得他們的方案誤差都較大，于是小明設計如圖3的方案（試劑用量不變）．請你說明小明認為他們誤差較大的原因：托盤天平的精確度為0.1g，稱量時產生的誤差較大．

Answer 1

分析 【假設和猜想】
鐵、碳都是黑色固體；
【方案設計1】
磁鐵能夠吸引鐵；
碳單質具有吸附性，能夠吸附色素、異味等；
【方案設計2】
碳酸根離子能和氫離子結合生成水和二氧化碳；
氯離子能和銀離子結合生成氯化銀沉淀，氯化銀不溶于水和稀硝酸；
【深入探究】
鐵和稀鹽酸反應生成氯化亞鐵和氫氣，反應前后的質量差即為反應生成氫氣的質量，根據氫氣質量可以計算鐵的質量，進一步可以計算樣品中鐵的質量分數；
托盤天平能夠精確到0.1g．

解答 解：【假設和猜想】
“暖寶寶”的主要成分可能有鐵、碳等物質．
故填：鐵、碳等．
【方案設計1】
實驗報告如下表所示：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
把適量樣品放在濾紙上，把磁鐵靠近粉末	部分粉末被吸引	“暖寶寶”中有鐵單質
在一裝有40mL紅墨水的燒杯中，加入3藥匙黑色粉末，用玻璃棒攪拌，靜置，觀察現象	褪色	“暖寶寶”中有碳單質

【方案設計2】
實驗報告如下表所示：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
用滴管取上層清液于試管中，加稀鹽酸，觀察現象	無氣泡產生	無CO32-
用滴管取上層清液于試管中，滴加適量的稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液	產生白色沉淀	有Cl-

【深入探究】
（1）反應生成氫氣質量為：10g+55g+20g-84.8g=0.2g，
故填：0.2．
設鐵質量為x，
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑，
56                        2
x                        0.2g
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{0.2g}$，
x=5.6g，
“暖寶寶”中鐵的質量分數是：$\frac{5.6g}{10g}$×100%=56%，
答：“暖寶寶”中鐵的質量分數是56%．
（2）小林質疑的理由是氫氣逸出時會帶出水蒸氣．
故填：氫氣逸出時會帶出水蒸氣．
（3）小明認為他們誤差較大的原因是：托盤天平的精確度為0.1g，稱量時產生的誤差較大．
故填：托盤天平的精確度為0.1g，稱量時產生的誤差較大．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．