Question

8．某Fe₃O₄样品中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34.92g该Fe₃O₄样品用图一进行了下列实验：
实验分析：因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙两个讨论小组．
甲组：（1）B装置中盛的是氢氧化钠溶液，吸收生成的二氧化碳（2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O），B中带孔玻璃球泡的作用是使二氧化碳和氢氧化钠充分反应．
（2）上述实验过程中，CO的作用有①②③④⑤（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：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CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气；改进为：在B装置后接一盛有浓硫酸的吸水装置，将B和该装置“捆绑”称量，从而减小误差．
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（如图二）．
（1）写出BC段发生反应的化学方程式：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）确定：该Fe₃O₄样品中含有的杂质是Fe₂O₃，其中含Fe₃O₄的质量是20.88g，（不需要写出过程）
（已知Fe₃O₄、FeO、Fe₂O₃中铁元素质量分数分别为72.4%、77.8%、70.0%）

Answer 1

分析 甲组：（1）根据B中带孔玻璃球泡可以增大二氧化碳和氢氧化钠的接触面积进行分析；
（2）根据一氧化碳还原四氧化三铁的作用进行解答；
乙组：根据一氧化碳从B装置中流出要带走水蒸气进行解答；
（1）根据一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳进行分析；
（2）根据氧元素的含量进行判断．

解答 解：甲组：（1）B中带孔玻璃球泡可以增大二氧化碳和氢氧化钠的接触面积，所以B中带孔玻璃球泡的作用是：使二氧化碳和氢氧化钠充分反应；
（2）上述实验过程中，CO气体除作为反应物外，还能起到的作用是：实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；停止加热后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；将装置中的CO₂送入NaOH溶液中；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，故选：①②③④⑤；
乙组：CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气，而影响计算样品中杂质的质量；
（1）BC段发生的反应是一氧化碳和氧化铁在高温的条件下反应生成铁和二氧化碳，化学方程式为：Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）只剩下铁，即此时氧化铁被一氧化碳还原为铁单质．
则混合物中铁元素的质量分$\frac{16.8g}{23.28g}$×100%=72.16%
而Fe₃O₄铁元素的质量分数$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%=72.4%
FeO铁元素的质量分数$\frac{56}{56+16}$×100%≈77.8%
Fe₂O₃铁元素的质量分$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=70%
所以该Fe₃O₄样品中含有的杂质是Fe₂O₃；
设混合物中含Fe₃O₄的质量为x．x×$\frac{56×3}{56×3+16×4}$×100%+（23.28-x）×$\frac{56×2}{56×2+16×3}$×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案为：甲组：（1）使二氧化碳和氢氧化钠充分反应；
（2）①②③④⑤；
乙组：CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气；
（1）Fe₃O₄+CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$3FeO+CO₂；
（2）Fe₂O₃；20.88g．

点评 本题考查一氧化碳还原铁的氧化物的步骤、现象、化学反应式的书写，以及用不同的方法验证铁的存在，需要同学们具有比较全面的化学知识．