题目内容

【题目】研究小组进行木炭还原氧化铁的探究活动。将木炭、氧化铁及试管充分烘干,并将木炭和氧化铁混合均匀、研磨。取适量上述混合物于试管中,用图1所示的装置加热(试管竖直向上,可使加热时的热量尽少散失)

【提出问题】实验结束后,试管中的剩余固体X含有哪些成分,质量分别是多少?

【查阅资料】

铁的氧化物还原时,是从高价铁的氧化物逐级还原成低价铁的氧化物,最后还原成金属铁。氧化物及其部分性质如下

红色固体 均为黑色固体。其中,具有很好的磁性,能被磁铁吸引。三种氧化物均不溶于水,但能溶于稀盐酸,分别发生如下反应:

Fe2O3+6HCl ══ 2FeCl3+3HO

Fe3O4+8HCl ══ 2FeCl3+FeCl2+4H2O

FeO+2HCl ══ FeCl2 + H2O

黄色的溶液中滴入无色的KSCN溶液,溶液变为红色,该实验常用于检验溶液遇单质铁发生反应:2FeCl3 + Fe = 3FeCl2溶液变为浅绿色

【猜想】固体X可能含有:

实施实验

目的:确定固体X的组成。

步骤

操作

主要现象

结论

I

取部分冷却后的固体X倒在滤纸上,用磁铁充分吸引。

部分固体被吸引到磁铁上

可能有

II

取滤纸上的剩余固体少量,放入图2所示的试管a中,通入氧气,用酒精灯加热。

固体剧烈燃烧, b中溶液变浑浊

一定有

III

另取滤纸上的剩余固体少量,放入试管中,加入足量的稀盐酸。

无明显现象

一定没有

IV

取步骤I磁铁上的固体少量,放入试管中,逐滴加入稀盐酸。

产生

一定有

V

在步骤IV所得溶液中逐滴加入

溶液不变红色

一定没有

反思改进

同学们讨论发现,用上述实验方法不能确定固体X中一定没有,理由是

为确定固体X中是否含Fe3O4并测定其中各成分的质量,同学们又进行了以下实验:

步骤

操作

数据

I

重新取部分冷却至室温的固体X,称量其质量为m1

m1 = 17.9 g

II

将称量好的固体X全部放入图3所示的锥形瓶中,称量整套装置及药品的质量为m2;打开分液漏斗旋塞,放入足量稀盐酸后关闭旋塞,待没有气泡产生并恢复至室温,再次称量整套装置及药品的质量m3

m2 = 317.9 g

m3 = 317.3.g

III

将锥形瓶中剩余的固体过滤、洗涤并干燥,称量其质量为m4

m4 = 1.1 g

获得结论

(1)为确定固体X中是否含,m1~m4中应该用到的数据有

(2)固体X的成分及质量分别是

答案【猜想】;【实施实验】III. IV.气泡;V.溶液;【反思改进】固体X中如果含有,步骤V中加入盐酸后,由于铁与氯化铁反应生成氯化亚铁,遇硫氰化钾溶液也不变为血红色.【获得结论】(1)m1、m2、m3和m4;(2):1.1g;:16.8g

解析【猜想】根据质量守恒定律可知剩余固体X中可能还含有

【实施实验】III. 因为氧化亚铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁,使溶液呈浅绿色,氧化铁与稀盐酸反应生成氯化铁,使溶液呈黄色,所以如果取滤纸上的剩余固体少量,放入试管中,加入足量的稀盐酸,没有明显现象,说明一定没有;IV.因为铁与稀盐酸反应生成氢气,所以取步骤I磁铁上的固体少量,放入试管中,逐滴加入稀盐酸,如果有气泡产生,则固体中一定含有铁;V. 因为四氧化三铁与稀盐酸反应生成氯化铁和氯化亚铁及水,且黄色的溶液中滴入无色的溶液,溶液变为红色,所以在步骤IV所得溶液中逐滴加入溶液,若固体中不含有四氧化三铁,则溶液不变红色;

【反思改进】又因为溶液遇单质铁发生反应:可知,如果固体X中含有,步骤V中加入盐酸后,由于铁与氯化铁反应生成氯化亚铁,遇硫氰化钾溶液也不变为血红色.

【获得结论】(1)要确定固体X中是否含,由表格中的数据可知m1是固体总质量,m2和m3的质量差为铁与酸反应生成的氢气质量,即:317.9g-317.3g=0.6g;m4是不与酸反应的碳的质量,即17.9g固体中含有1.1g的碳;因此要测定固体X中是否含有四氧化三铁,需要m1、m2、m3和m4四个数据.

设固体混合物中含有铁的质量为x,

56 2

x 0.6g

56:x=2:0.6g x=16.8g

所以固体X中含有:1.1g;:16.8g,不含有四氧化三铁.

试题分析:【猜想】根据质量守恒定律进行猜想;【实施实验】根据氧化亚铁、四氧化三铁、铁与稀盐酸的反应现象,以及氯化铁与氰化钾溶液反应的颜色变化分析;【反思改进】根据铁与氯化铁反应会生成氯化亚铁,氯化亚铁遇氰化钾不变红色分析;【获得结论】根据表格中的数据可知m1是固体总质量,m2和m3的质量差为铁与酸反应生成的氢气质量,即:317.9g-317.3g=0.6g;m4是不与酸反应的碳的质量,即17.9g固体中含有1.1g的碳分析;根据反应中生成氢气的质量可以计算固体中铁的质量,根据铁和碳的质量可以判断固体中是否含有四氧化三铁.

练习册系列答案
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【题目】某化学兴趣小组按照课本实验方法(如下图),做木炭与氧化铜反应的实验时,发现很难观察到紫红色铜的生成,却往往有暗红色固体出现。他们决定对这个实验进行探究和改进。

【提出问题】暗红色的固体是什么?如何选择合适条件,使木炭还原氧化铜的实验现象更明显?

【查阅资料】铜有+1 和+2 两种化合价,通常情况下,氧的化合价为-2,碳的化合价为+4 或-4。

【猜想与假设】

(1)同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物,并猜测它的化学式为

(2)同学们还认为,通过改变反应物的状态、质量比,以及反应装置,可以使该实验现象

更加明显,减少出现暗红色固体的情况。

【分析与交流】

(1)小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是 ;反应的化学方程式为

(2)小周建议用图乙装置替代甲装置。与甲相比较,乙装置中将试管直立放置的好处是

【实验与结论】

同学们决定按改进后的方案进行实验,他们在检验了乙 后,往试管中加入已干燥的药品并开始加热,当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时, (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。不久,即可看到试管底部变红热,停止加热后,仍能看到红热现象,并沿试管底部自下而上蔓延,这个现象说明该反应是 (填“吸”或“放”)热反应。待产物冷却后,同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠,实验获得了圆满成功。

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