Question

【题目】某研究性小组在实验室中模拟炼铁化学原理的实验。

I．定性探究

在一定温度下，该小组同学用一氧化碳还原纯净的氧化铁（实验装置如图），从环保角度看，该小组设计的实验装置有不足之处，你认为该如何改进？_____，观察到玻璃管内固体由红色全部变为黑色。

小明同学认为该黑色固体全部是铁，但小华同学提出了质疑，于是大家分头查阅资料。

（查阅资料）

（1）一氧化碳还原氧化铁的固体产物的成分与反应温度、反应时间等因素有关。

（2）一氧化碳还原氧化铁的实验过程中固体产物可能有四氧化三铁、氧化亚铁、铁。

（3）

性质	四氧化三铁	氧化亚铁	铁粉
颜色	黑色	黑色	黑色
能否被磁铁吸引	能	不能	能

（实验与猜想）

（1）该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体全部能被吸引，则该黑色固体中不可能含有_____。

（2）进行猜想：黑色固体可能

a．全部为铁 b．_____ c．_____

Ⅱ.定量探究

取上述研磨后的黑色固体20g，设计如下实验：

（1）小明同学的猜想_____（填“是”或“否”）成立。

（2）通过计算，确定20g黑色固体的成分及质量_____（请写出计算过程）。

（继续实验）

若要从以上探究所得FeSO4、CuSO4的混合溶液中回收铜和硫酸亚铁晶体，可设计如下实验方案：

（1）步骤①中，金属X是_____；

（2）步骤②中，加入过量稀硫酸的目的是_____。发生反应的化学方程式为_____。

Answer 1

【答案】增加除去尾气的装置 FeO 全部是四氧化三铁 铁和四氧化三铁 否 黑色固体由Fe3O4和Fe组成，其中Fe3O4是14.4g,Fe是5.6g Fe 除去过量的铁 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

【解析】

一氧化碳和氧化铁高温生成铁和二氧化碳，铁和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气。

I．一氧化碳有毒，用一氧化碳还原纯净的氧化铁（实验装置如图），从环保角度看，该小组设计的实验装置不足之处是没有尾气处理装置，应该增加除去尾气的装置。

[实验与猜想]

（1）黑色固体粉末全部能被吸引，则该黑色固体粉末中不可能含有氧化亚铁（FeO）。

（2）黑色固体粉末全部能被吸引，黑色固体粉末可能是全部为铁或全部为四氧化三铁或四氧化三铁与铁粉的混合物，进行猜想：黑色固体可能

a．全部为铁 b．全部是四氧化三铁 c．铁和四氧化三铁

Ⅱ.定量探究

（1）20g黑色固体粉末与足量的硫酸铜溶液充分反应后，得到硫酸亚铁溶液和铜，说明黑色粉末中含有铁，过滤得到的黑色固体是四氧化三铁，则金属混合物是铁和四氧化三铁的混合物；小明的猜想不成立。

（2）反应前后，固体质量增加了

设黑色固体中铁的质量为x

x=5.6g
四氧化三铁的质量为

故黑色固体由Fe3O4和Fe组成，其中Fe3O4是14.4g,Fe是5.6g。

[继续实验]

（1）步骤①中，过量的铁粉与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，故金属X是铁（Fe）。

（2）步骤②中，铁粉与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁；然后再加入过量的稀硫酸把铜粉和铁粉混合物中的铁粉除去，故加入过量稀硫酸的目的是除去过量的铁。发生反应的化学方程式为Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。