题目内容
【题目】(20分)某Fe3O4样品中可能含有的杂质是Fe2O3和FeO其中的一种。为探究杂质的情况设计如下方案：
【实验设计】同学们称取了23.28 g该Fe3O4样品用图①进行了下列实验：
【实验分析】因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙、丙三个讨论小组。
甲组；（1）该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe3O4样品中的杂质。B中的最佳试剂是______（填序号）。
①澄清石灰水 ②氢氧化钠浓溶液 ③稀盐酸 ④水
（2）上述实验过程中，CO的作用有_______ （填序号）。
①CO气体作为反应物
②实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸
③停止加热后，防止A中生成物被氧化
④停止加热后防止B中的溶液倒吸入A中
⑤对B中反应物起到一定的搅拌作用，便于CO2与反应液充分接触而反应
乙组：
（3）乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，你认为他们的理由是_______ ；改进为在B装置后接一盛有_______（填试剂名称）的广口瓶的吸水装置，将B装置和该装置“捆绑”称量，从而减小误差。
丙组：
（4）丙组同学将B装置中液体改换为Ba(OH)2溶液，通过测量生成的_______（填化学式）沉淀的质量来计算求解。为了获得沉淀，该组同学需要进行的操作有过滤→_______→________→称量。
【查阅资料】
Fe2O3和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe3O4，再生成FeO(黑色)，最后生成Fe；利用仪器测定并绘制成反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线（见图②）。
（5）写出BC段发生反应的化学方程式：______________ 。
（6）确定该Fe3O4样品中含有的杂质是_______，其中含Fe3O4的质量是_______g（不需要写出过程）（已知Fe3O4、FeO、Fe2O3中铁元素的质量分数分别为72.4%、77.8%、70.0%)。
【答案】（1）② （2）①②③④⑤
（3）CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气 浓硫酸
（4）BaCO3 洗涤 干燥 （5）Fe3O4＋CO高温3FeO＋CO2 （6）Fe2O3 21
【解析】
试题分析：（1）该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe3O4样品中的杂质，那么B装置的主要目的就是吸收反应生成的二氧化碳，故B中的最佳试剂是②，不用澄清石灰水的原因是氢氧化钙的溶解度很小，吸收效果差
（2）上述实验过程中，CO的作用有：①CO气体作为反应物，正确，②实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸，正确，③停止加热后，防止A中生成物被氧化，正确，④停止加热后防止B中的溶液倒吸入A中，正确，⑤对B中反应物起到一定的搅拌作用，便于CO2与反应液充分接触而反应，正确，故选①②③④⑤
（3）乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，他们的理由是：CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气，使得质量差偏小；由于浓硫酸具有吸水性，故可改进为在B装置后接一盛有浓硫酸的广口瓶的吸水装置，将B装置和该装置“捆绑”称量，从而减小误差
（4）丙组同学将B装置中液体改换为Ba(OH)2溶液，那么发生反应：CO2 +Ba(OH)2 ==BaCO3↓+ H20，故可通过测量生成的BaCO3沉淀的质量来计算求解。为了获得沉淀，该组同学需要进行的操作有过滤→洗涤→干燥→称量
（5）根据资料：Fe2O3和CO反应是随温度升高而逐步进行的，先生成Fe3O4，再生成FeO(黑色)，最后生成Fe ，故BC段发生反应的化学方程式：Fe3O4＋CO高温3FeO＋CO2
（6）根据质量守恒定律，反应结束后得到铁的质量为16.8g，说明原样品中含铁元素的质量也为16.8g ，故铁元素的质量分数=16.8g/23.28g×100%=72.2%，本着“中间值或平均值”的思想，Fe3O4中铁元素的质量分数=77.8%>72.2%，那么另一种物质的铁元素质量分数就要小于72.2%，故Fe3O4样品中含有的杂质是Fe2O3；可设含Fe3O4的质量是x，那么Fe2O3的质量是（23.28g-x），故可列等式:
x×168/232×100%+（23.28g-x）×112/160×100%，可计算出x=21g
