Question

6．某活动小组根据如图所示进行模拟炼铁的实验，并对产物的成分进行探究．

【提出问题】黑色粉末A可能是什么呢？
【进行猜想】
（1）小明认为黑色粉末A全部是铁粉．请写出铁粉与CuSO₄溶液反应的化学方程式Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu．实验过程中采取了过滤，该操作中玻璃棒的作用是引流．
（2）小华认为小明的猜想是错误的，理由是加入足量硫酸铜溶液反应后过滤，还有黑色粉末存在．
（3）小华提出了猜想Ⅰ和猜想Ⅱ，请结合所学知识补充余下的一个猜想．
查阅资料】铁的氧化物都能与稀盐酸，稀硫酸反应，其中氧化铁为红棕色，其余都为黑色，并且只有四氧化三铁能被磁铁吸引．
猜想Ⅰ；黑色粉末A由铁粉和四氧化三铁（Fe₃O₄）组成；
猜想Ⅱ；黑色粉末A由铁粉和氧化亚铁（FeO）组成；
猜想Ⅲ；黑色粉末A由铁粉、氧化亚铁和四氧化三铁组成．
方案实验操作可能的现象结论1取适量黑色粉末A 用磁铁吸引黑色粉末全部被吸引猜想 I正确2取适量黑色粉末A用磁铁吸引黑色粉末部分被吸引猜想 II正确3取适量黑色粉末B加入足量稀盐酸黑色粉末全部溶解猜想 II正确4    ⑤⑥猜想Ⅲ正确
【实验探究】
【反思评价】小娟认为方案2和方案3中得出的结论都不正确，其理由是取适量黑色粉末B用磁铁吸引；黑色粉末部分被吸引；含有四氧化三铁时，也发生同样的现象．
【得出结论】在高温下，一氧化碳和氧化铁可生成铁、氧化亚铁、四氧化三铁．请写出只生成氧化亚铁的方程式CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+CO₂．
【成分测定】经试验测定黑色粉末A是铁和氧化亚铁的混合物，小红称取了10g该黑色粉末，通入足量的灼热的CO气体反应，完全反应后冷却，称得剩余固体质量9.2g，求该粉末中氧化亚铁的质量分数．

Answer 1

分析 【进行猜想】
（1）运用铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜、过滤的基本操作来解答；
（2）运用题中信息加入足量硫酸铜溶液后还有黑色粉末解答；
【查阅资料】结合猜想①②解答；
【实验探究】运用题中信息铁的氧化物中氧化铁为红棕色，其余都为黑色，并且只有四氧化三铁能被磁铁吸引解答；
【反思评价】运用四氧化三铁能被磁铁吸引解答；
【得出结论】根据题中信息结合化学方程式的书写方法解答；
【成分测定】根据题意“向10g铁和氧化铁的混合物中通入CO，加热至反应完全，继续通CO直至冷却，称量固体质量为9.2g”和一氧化碳还原氧化铁的化学方程式，可计算氧化铁的质量．

解答 解：
【进行猜想】（1）铁和硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，反应的化学方程式为：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu，过滤时需用到烧杯、漏斗、玻璃棒，该操作中玻璃棒的作用是引流；
（2）加入足量硫酸铜溶液反应后过滤，还有黑色粉末存在，可确定黑色粉末A中不仅仅含有铁还含有其他黑色固体，故答案：加入足量硫酸铜溶液反应后过滤，还有黑色粉末存在；
【查阅资料】根据猜想①和猜想②，即黑色粉末A由铁粉和四氧化三铁（Fe₃O₄）组成和黑色粉末A由铁粉和氧化亚铁（FeO）组成可确定猜想③，故答案：铁粉、氧化亚铁和四氧化三铁；
【实验探究】四氧化三铁能被磁铁吸引，故答案：用磁铁吸引；黑色粉末部分被吸引．
【反思评价】如果猜想③正确，方案②和方案③中的实验现象都一定会出现，故答案为：一定．
【得出结论】一氧化碳能夺取金属氧化物中的氧元素，生成二氧化碳；生成氧化亚铁的反应方程式为CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+CO₂；
【成分测定】（2）设混合物中FeO的质量为y．
FeO+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Fe+CO₂     固体质量差
72         56             16
y                         10g-0.2g=0.8g
$\frac{72}{y}=\frac{16}{0.8g}$
x=3.6g
该粉末中氧化亚铁的质量分数=$\frac{3.6g}{10g}×$100%=36%
答案：
【进行猜想】
（1）Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；引流；
（2）加入足量硫酸铜溶液反应后过滤，还有黑色粉末存在；
【查阅资料】黑色粉末A由铁粉、氧化亚铁和四氧化三铁组成；
【反思评价】取适量黑色粉末B用磁铁吸引；黑色粉末部分被吸引；含有四氧化三铁时，也发生同样的现象；
【得出结论】CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2FeO+CO₂；
【成分测定】该粉末中氧化亚铁的质量分数是36%．

点评 此题是对学生实验结论和实验步骤反推实验现象的方法的考查，知道常见的黑色固体，并熟记它们的性质，以及学会根据查阅资料的信息做题的方法，是解题的关键所在．