Question

某化学兴趣小组有一次活动的内容是：对一包干燥的红色粉末组成进行探究。请你参与并回答有关问题。
【教师提醒】它由Cu 、Fe₂O₃、Fe(OH)₃三种固体中的一种或两种组成。
【提出猜想】红色粉末可能的组成有：
①只有Cu                 ②只有Fe₂O₃     
③只有Fe(OH)₃                       ④是Fe₂O₃、Fe(OH)₃的混合物   
⑤是Cu 、Fe₂O₃的混合物    ⑥是Cu 、Fe(OH)₃的混合物
【资料获悉】（1）2Fe(OH)₃Fe₂O₃ +3H₂O    
（2）白色无水CuSO₄遇水变蓝
（3）Cu在FeCl₃溶液中发生反应：2FeCl₃＋Cu=2FeCl₂＋CuCl₂
【探究思路】利用物质的性质不同设计实验加以甄别，先分别探究其中是否含有Fe(OH)₃、Cu等，逐步缩小范围，然后再选择适当的试剂和方法通过实验探究其组成。
（装置内空气中的水蒸气、CO₂忽略不计）
【实验探究】
（1）甲同学取适量红色粉末装入试管中，按图28-1进行实验。结果无水CuSO₄没有变蓝，从而排除猜想中的 。（填猜想中的序号）

（2）在甲同学实验结论的基础上，乙同学另取少量红色粉末于试管中，滴加足量稀盐酸，振荡后观察，发现固体全部溶解，溶液变色。乙同学认为可以排除猜想中的①和⑤，而丙同学认为只能排除猜想①，你认为   的观点正确（填“乙”或“丙”）。
（3）丁同学为进一步确定红色粉末的组成，称取该粉末5.0g装入硬质玻璃管中，按图28-2在通风橱中进行实验。开始时缓缓通入CO气体，过一段时间后再加热使其充分反应。待反应完全后，停止加热，仍继续通CO气体直至玻璃管冷却。反应前后称量相关装置和物质的总质量，其数据如下表：

	反应前	反应后
Ⅰ组	玻璃管和红色粉末的总质量为37.3 g	玻璃管和固体物质的总质量为36.1 g
Ⅱ组	洗气瓶和所盛溶液的总质量为180.0 g	洗气瓶和瓶中物质的总质量为183.1 g

【交流讨论】                       
（1）在装置A中先通CO气体的作用是   。
（2）应该选择   组的实验数据计算来确定红色粉末的组成。最终计算结果表明：该红色粉末的组成是猜想中的第   组（填序号）。
（3）写出A装置中发生反应的化学方程式                       ；实验中观察到A装置中的现象为   。
（4）为了防止溶液倒吸，本实验停止加热前是否需要先断开A和B的连接处？   （填“需要”或“不需要”），理由是    。
【反思评价】 戊同学指出：从环保角度，图28-2装置有严重不足之处。你认为应该如何改进？   。
【拓展延伸】有同学提出丁同学上述实验中的CO还可以用H₂代替，并将图28-2中B装置换成盛有碱石灰(生石灰和氢氧化钠固体混合物)的干燥管，来确定该红色粉末的组成，你认为是否可行？ （填“可行”或“不可行”）

Answer 1

【实验探究】（1）③④⑥   （2）丙 
【交流讨论】（1）排净装置中的空气（或防止CO和装置中的空气混合受热发生爆炸）
(2) Ⅰ   ⑤ （3）3CO + Fe₂O₃        2Fe + 3CO₂   部分红色粉末变黑
（4）不需要，因为一直通入CO气体，B中溶液不会倒吸到A装置中。
【反思评价】在B装置后放一燃着的酒精灯将剩余气体烧掉（或用塑料袋等收集，或其他合理答案）。
【拓展延伸】可行

解析试题分析：【实验探究】
（1）根据资料：“2Fe(OH)₃Fe₂O₃ +3H₂O，白色无水CuSO₄遇水变蓝”；而现在加热红色粉末，结果无水CuSO₄没有变蓝，从而排除猜想中的含有Fe(OH)₃的选项③④⑥。
（2）根据资料：“Cu在FeCl₃溶液中发生反应：2FeCl₃+Cu=2FeCl₂+CuCl₂”；而现在取红色粉末于试管中，滴加足量稀盐酸，振荡后观察，发现固体全部溶解，溶液变色，可推断排除猜想中的①，即丙同学的观点正确；故红色粉末可能是Fe₂O₃或Cu、Fe₂O₃的混合物。
【交流讨论】
（1）由于CO具有可燃性，与玻璃管中的空气混合后受热，可能会发生爆炸，因此，应先通CO排尽玻璃管中的空气，然后再加热。
（2）少量的澄清石灰水，不能完全吸收反应生成的二氧化碳，故第Ⅱ组数据，不能用来确定红色粉末的组成；应该选择第Ⅰ组的实验数据计算来确定红色粉末的组成。
根据A中的反应和第Ⅰ组的实验数据可知，反应前后固体物质的质量差，就是反应的Fe₂O₃中O元素的质量=37.3g-36.1g=1.2g，由此利用氧化铁中氧元素的质量分数，可求出氧化铁的质量=1.2g÷=4g，而丁同学称取的粉末为5.0g，所以还含有Cu，故该红色粉末的组成是猜想中的第⑤组。
（3）A装置中发生反应的化学方程式为3CO + Fe₂O₃2Fe + 3CO₂；因为红色粉末是Cu、Fe₂O₃的混合物，故实验中可观察到A装置中的现象为：部分红色粉末变黑。
（4）因为在反应后，需要一直通入CO气体直至试管冷却（防止生成的铁再次被氧化），故B中溶液不会倒吸到A装置中，也就不需要在停止加热前先断开A和B的连接处。
【反思评价】
由于CO有毒，排放到空气中会污染大气，需要进行尾气处理，而该装置没有对尾气进行处理，所以这是该装置的严重不足之处；改进方法为：在B装置后放一燃着的酒精灯将剩余气体烧掉（或用塑料袋等收集）。
【拓展延伸】CO可以用H₂代替，因为氢气同样具有还原性；而B装置换成盛有碱石灰（生石灰和氢氧化钠固体混合物）的干燥管后，可以用来吸收反应生成的水，也能确定该红色粉末的组成，可行。
考点：一氧化碳还原氧化铁，猜想与事实验证，实验探究物质的组成成分以及含量，酸的化学性质
点评：本题是一道综合性探究题，主要是对炼铁的实验原理、实验现象、操作步骤、尾气处理、装置连接及实验分析与评价等方面进行考查，熟练掌握该实验的反应原理以及实验注意事项是解决此类问题的关键。