Question

一化学兴趣小组对某月饼包装盒中的“脱氧剂”很好奇，他们观察到“脱氧剂”外包装标注的成分为铁粉、活性炭和氯化钠，打开发现灰黑色的固体中还夹杂着少量红棕色粉末．
【资料获悉】铁系“脱氧剂”的作用原理是利用铁能被氧气氧化，从而达到除氧保鲜的目的．
【教师指导】铁被氧气氧化最终产物为红棕色的Fe₂O₃（其他产物忽略不计）．
【探究目的】小组同学欲探究该“脱氧剂”是否已经失效（即单质铁是否已经完全被氧化），并测定各成分的质量分数，设计了以下探究实验．
【实验探究】
步骤1：小刚用磁铁接近样品，发现磁铁吸引了部分黑色固体．
步骤2：称取10.00g样品于一烧杯中，加足量水充分搅拌溶解后，过滤，将滤渣洗涤、干燥、称得其质量为7.28g．
步骤3：如图，将得到的7.28g固体与足量稀硫酸反应，用电子秤称得反应前后总质量差为0.15g．
步骤4：将锥形瓶中反应后的液体过滤，并将滤渣洗涤、干燥后，称得其质量为1.20g．
【交流讨论】
（1）由步骤1得出的结论是

样品中含有单质铁

．
（2）步骤2的目的为了推测出“脱氧剂”含有

NaCl

（填物质的化学式），其质量为

2.72g

．
（3）步骤3中仪器A的名称为

锥形瓶

．
小明认为0.15g差值即为H₂的质量，并由此计算出样品中单质铁的质量为4.20g．
小华提出在装置的a导管处应该再连接一个盛有碱石灰（氧化钙和氢氧化钠固体的混合物）的干燥管，他这样做的目的是

除去H₂中混有的水蒸气，减少对氢气质量的测定产生的误差

．
（4）步骤4中滤渣是

C

（填化学式），如果没有经过洗涤，则称得的质量

＞

1.20g（填“＞”、“＜”或“=”）．
【教师指导】样品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分别能与稀硫酸反应外，还存在反应：
Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用产生H₂的质量计算样品中铁的质量不合理．实际上，样品中单质铁的质量应该是与酸反应消耗的铁和与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量总和．
【学生实验】小红将步骤3的装置进行了改进，重新称取10.00g样品进行实验，并准确测得固体与足量稀硫酸反应前后总质量差为0.14g．
【数据处理】由于反应过程较复杂，小组同学在老师的帮助下，推算出与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量为0.56g．
【请你参与】
（1）写出Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式．
（2）请根据以上数据，计算样品中Fe₂O₃的质量分数．

Answer 1

分析：【交流讨论】
（1）根据单质的铁能被磁铁吸引分析；
（2）根据氯化钠能溶于水，铁粉、活性炭不易溶于水分析溶解后溶液中的溶质及质量；
（3）熟悉常见仪器的名称及用途；根据碱石灰能吸收水分进行分析；
（4）根据溶解剂反应后剩余的物质分析滤渣的成分及没有经过洗涤滤渣表面粘附少量溶质分析影响；
【请你参与】
（1）根据反应物、生成物及反应条件写出反应的方程式；
（2）根据步骤2中溶解前后的质量差可知氯化钠的质量为 2.72g；根据步骤4中滤渣为活性炭可知质量为1.2g；根据生成的氢气的质量为可求出与硫酸反应的铁的质量，再结合与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量，可求出铁的总质量，最后剩余的是氧化铁，可知氧化铁的质量分数．

解答：解：【交流讨论】
（1）由用磁铁接近样品，发现磁铁吸引了部分黑色固体，说明了样品中含有单质的铁；
（2）将样品加足量水充分搅拌溶解，将样品中的氯化钠溶解掉了，减少的质量就是氯化钠的质量为：10.00g-7.28g=2.72g；
（3）仪器A的名称为锥形瓶；在装置的a导管处再连接一个盛有碱石灰的干燥管，碱石灰能干燥氢气，所以，这样做的理由是：除去H₂中混有的水蒸气减少对氢气质量的测定产生的误差；
（4）经过水的溶解剂稀硫酸的反应后只有活性炭的剩余，故滤渣是活性炭；由于滤渣表面粘附少量溶质，所以，称得的质量大于1.20g；
【请你参与】
（1）Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式是：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；
（2）由步骤2可知：氯化钠的质量为：10.00g-7.28g=2.72g；     
由步骤4可知：滤渣为活性炭，质量为：1.2g；                  
设生成0.14g氢气需要铁的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.14g

56

x

=

2

0.14g

x=3.92g
样品中铁的质量为：3.92g+0.56g=4.48g
则氧化铁的质量为：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化铁的质量分数为：

1.6g

10.00g

×100%=16%．
故答案为：【交流讨论】
（1）样品中有单质铁存在；
（2）NaCl； 2.72g；
（3）锥形瓶；   除去H₂中混有的水蒸气，减少对氢气质量的测定产生的误差；
（4）C；＞；
【请你参与】
（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；
（2）由步骤2可知：氯化钠的质量为：10.00g-7.28g=2.72g；     
由步骤4可知：滤渣为活性炭，质量为：1.2g；                  
设生成0.14g氢气需要铁的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.14g

56

x

=

2

0.14g

x=3.92g
样品中铁的质量为：3.92g+0.56g=4.48g
则氧化铁的质量为：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化铁的质量分数为：

1.6g

10.00g

×100%=16%．

点评：本题是有关“脱氧剂”的探究，解答本题的关键是要掌握铁的物理性质和化学性质两方面的知识及其化学方程式的书写方法并结合信息给与的数据，只有这样才能对问题做出正确的判断，难度较大．