Question

15．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进行探究．请你参与并回答有关问题．
【教师提醒】
（1）它由Cu、Fe₂O₃、Fe（OH）₃三种固体中的一种或两种组成．
（2）Fe（OH）₃为暗红色粉末．
【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）₃$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$Fe₂O₃+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
【实验探究】
（1）甲同学取适量红色粉末装入试管中，按图（1）进行实验．结果无水CuSO₄没有变蓝，从而排除猜想中的③④⑥（填猜想中的序号）．理由是氢氧化铁能分解生成水．

（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，你认为丙的观点正确（填“乙”或“丙”）．解释另一个同学不正确的原因：氧化铁和盐酸反应会生成氯化铁，氯化铁会与铜反应．
（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（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37.3g	玻璃管和固体物质的总质量为36.1g
II组	洗气瓶和所盛溶液的总质量为180.0g	洗气瓶和瓶中的物质总质量为183.1g

【交流讨论】
（1）在装置A中先通CO气体的作用是排净装置中的空气．
（2）应该选择I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⑤组（填序号）．
（3）写出A装置中发生反应的化学方程式：3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；实验中观察到A装置中的现象为部分红色粉末变黑．
（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？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是因为一直通入CO气体，B中溶液不会倒吸到A装置中．
【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（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？可行（填“可行”或“不可行”）．
【反思评价】
（1）戊同学指出：从环保角度，图（2）装置有严重不足之处．你认为应该如何改进？在B装置后放一燃着的酒精灯．
（2）请你说出不选用另一组数据计算，来确定红色粉末组成的原因：铁离子在溶液中显黄色，铜离子在溶液中显蓝色，亚铁离子在溶液中显浅绿色，依据溶液的颜色也可以判断．

Answer 1

分析 根据氢氧化铁受热能分解生成水，可以通过无水硫酸铜粉末颜色的变化进行确定，铜不与盐酸反应却能与氯化铁反应，一氧化碳是可燃性气体，不纯遇热可能会发生爆炸现象，此气体有毒，实验中必须进行尾气处理，能还原氧化铁生成黑色的铁粉和二氧化碳，定量研究混合物的组成必须保证实验数据的准确性等知识进行分析．

解答 解：【实验探究】（1）无水CuSO₄没有变蓝，说明没有水生成，而氢氧化铁能分解生成水，所以不可能含有氢氧化铁，所以排除的猜想为：③④⑥；
（2）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，而铜不能与盐酸反应，氧化铁能与盐酸反应生成氯化铁，生成的氯化铁能与铜反应生成氯化亚铁和氯化铜，所以不能只含有铜，丙的观点正确；
【交流讨论】（1）一氧化碳属于可燃性气体，不纯遇热可能发生爆炸，所以在装置A中先通CO气体的作用是：排净装置中的空气；
（2）Ⅱ组实验使用的是石灰水吸收二氧化碳，吸收的不够完全使实验数据不准确，应该使用Ⅰ组数据进行确定，
设粉末中氧化铁的质量为x
3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂ 固体△m
160 112                   48
x                         1.2g
$\frac{160}{48}=\frac{x}{1.2g}$ 解得：x=4g
粉末共有5g，氧化铁4g，所以含有铜粉，所以本题答案为：Ⅰ，⑤；
（3）氧化铁能与一氧化碳反应生成黑色的铁粉，而铜不与一氧化碳反应，所以本题答案为：3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，部分红色粉末变黑；
（4）实验结束后，需要继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，不会出现倒吸现象，所以本题答案为：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；
【拓展延伸】氢气具有还原性，能代替一氧化碳来还原氧化铁，生成的水能被碱石灰充分吸收，所以本题答案为：可行．
【反思评价】一氧化碳有毒，需要进行尾气处理，所以本题答案为：在B装置后放一燃着的酒精灯；
不选用另一组数据计算，来确定红色粉末组成的原因：铁离子在溶液中显黄色，铜离子在溶液中显蓝色，亚铁离子在溶液中显浅绿色，依据溶液的颜色也可以判断．
故答案为：【实验探究】（1）③④⑥，氢氧化铁能分解生成水；
（2）丙，氧化铁和盐酸反应会生成氯化铁，氯化铁会与铜反应；
【交流讨论】（1）排净装置中的空气；
（2）Ⅰ，⑤；
（3）3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$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；
【拓展延伸】可行；
【反思评价】在B装置后放一燃着的酒精灯；
铁离子在溶液中显黄色，铜离子在溶液中显蓝色，亚铁离子在溶液中显浅绿色，依据溶液的颜色也可以判断．

点评 本题考查了混合粉末组成的测定，完成此题，可以依据题干提供的信息结合已有的知识进行．