Question

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23.28g该Fe₃O₄样品用图一进行了下列实验：（友情提示：带孔玻璃球泡可以使液体和气体充分接触）
【实验分析】因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙、丙三个讨论小组．
甲组：
（1）该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该Fe₃O₄样品中的杂质．B中的最佳试剂是

 

； （填序号）．
①澄清石灰水     ②氢氧化钠浓溶液     ③稀盐酸     ④水
（2）上述实验过程中，CO的作用有

 

（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

 

；改进为：在B装置后接一盛有

 

（填试剂名称）的广口瓶的吸水装置，将B和该装置“捆绑”称量，从而减小误差．
丙组：
丙组同学将B中液体改换为Ba（OH）₂溶液，通过测量生成的

 

（填化学式）沉淀的质量来计算求解，为了获得沉淀，该组同学需要进行的操作有：过滤→

 

→

 

→称量．
【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：

 

；
（2）确定：该Fe₃O₄样品中含有的杂质是

 

，其中含Fe₃O₄的质量是

 

g，（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

考点：实验探究物质的组成成分以及含量,常见气体的检验与除杂方法,一氧化碳还原氧化铁,化合物中某元素的质量计算

专题：科学探究

分析：【实验分析】甲组：（1）根据氢氧化钠溶液用于吸收二氧化碳进行解答；（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；
丙组：据二氧化碳与氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀考虑；
【查阅资料】
（1）根据反应进行程度判断；（2）根据氧元素的含量进行判断．

解答：解：【实验分析】甲组：（1）氢氧化钙的溶解性很小，不能保证把生成的二氧化碳全部吸收；二氧化碳溶解水的能力也不大，不能保证把生成的二氧化碳全部吸收；稀盐酸和二氧化碳不反应；只有氢氧化钠溶液保证把生成的二氧化碳全部吸收，故选用氢氧化钠浓溶液；
（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；故答案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；浓硫酸具有吸水性，可作干燥剂；
丙组：二氧化碳与氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀；为获得纯净的碳酸钡可进行以下操作：过滤→洗涤→干燥→称量．
【查阅资料】
（1）BC段发生反应的化学方程式：Fe₃O₄+CO

高温  .

3FeO+CO₂；
（2）到700℃时只剩下铁，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

16.8g

23.28g

×100%=72.16%
而Fe₃O₄铁元素的质量分数

56×3

56×3+16×4

×100%=72.4%
FeO铁元素的质量分数

56

56+16

×100%≈77.8%
Fe₂O₃铁元素的质量分

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×

56×3

56×3+16×4

×100%+（23.28-x）×

56×2

56×2+16×3

×100%=16.80g
解得：x=20.88g．
故答案为：（1）②
（2）①②③④⑤
乙组：CO从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气．浓硫酸  BaCO₃
洗涤    干燥
（3）Fe₃O₄+CO

高温  .

3FeO+CO₂ 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