Question

3．某兴趣小组为探究“氧化铁和铜粉”混合物中铜的质量分数，称取一定质量的混合物，按照下图实验装置进行实验：

【定性分析】
（1）实验时要“先通一氧化碳气体，后加热”的目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸；以免加热发生爆炸．
（2）装置A中发生反应的方程式为3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（3）实验装置B中的现象是石灰水变浑浊，发生反应的化学方程式为CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O．
（4）该装置的设计有一明显不当之处，你的改进方案是将尾气点燃或用气球收集．
（5）为了防止溶液倒吸，本实验停止加热前是否要先断开A和B的连接处？不需要（填“需要”或“不需要”），理由是因为一旦断开会导致外面空气从右侧进入装置内，导致铜和铁被氧化，所以需要在一氧化碳继续通入的情况下撤酒精灯，等到完全恢复到室温后再停止通入一氧化碳，所以不会倒吸．
（6）你认为CO在停止加热后继续通的作用有防止铜单质又被氧化、防止生成的铁单质又被氧化、同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管．
【定量分析】
该兴趣小组按照科学的方案完成实验后，对充分反应后的管内固体X进行如下后续实验探究：

回答下列问题：
（7）写出固体X与稀盐酸反应的方程式：Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑．
（8）如何证明固体C已经洗涤干净？取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液，看是否变红，若不变红，说明已洗干净．
（9）有色溶液B中含有的溶质：FeCl₂、HCl（填化学式）．
（10）根据以上实验流程，计算原混合物“氧化铁和铜粉”中铜的质量分数为20%．

Answer 1

分析 根据一氧化碳还原氧化铁的步骤、注意事项解答；根据金属与酸反应规律、酸的化学性质及化学方程式进行计算分析解答．

解答 解：（1）一氧化碳具有可燃性，点燃时会可能发生爆炸，实验时要“先通一氧化碳气体，后加热”目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，化学方程式为3CO+Fe₂O₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）实验装置B中二氧化碳通入石灰水中生成碳酸钙沉淀和水，现象是澄清石灰水变浑浊，发生反应的化学方程式CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂0；
（4）一氧化碳有剧毒，不能直接排放到空气中，故需将尾气点燃或用气球收集起来；
（5）熄灭酒精喷灯会引起试管内温度降低，导致试管内压强骤然减小，B中的水沿导管进入试管，使试管炸裂；为防止溶液倒吸需要先断开A和B的连接处；
（6）反应完成后，要先停止加热，还要通入一会一氧化碳，为防止铜单质、生成的铁单质又被氧化，同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管．
（7）反应后管内固体是铁和铜的混合物，加入过量盐酸后，铁与盐酸反应产生氢气，化学方程式为Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（8）反应后溶液中的溶质是铁与盐酸反应生成的氯化亚铁和剩余的盐酸，固体C是铜，表面残留着盐酸，故可取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液，看是否变红确定是否洗涤干净；
（9）反应后溶液中的溶质是铁与盐酸反应生成的氯化亚铁和剩余的盐酸；
（10）设铁的质量为x
Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑
56              2
x               0.4g  
$\frac{56}{x}=\frac{2}{0.4g}$
x=11.2g    
所以氧化铁的质量为$\frac{11.2g×160}{112}$=16g，所以原混合物“氧化铁和铜粉”中铜的质量分数为$\frac{4g}{4g+16g}$×100%=20%．
故答案为：（1）排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸；
（2）3CO+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂；
（3）石灰水变浑浊；CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂0；
（4）将尾气点燃或用气球收集；
（5）不需要；因为一旦断开会导致外面空气从右侧进入装置内，导致铜和铁被氧化，所以需要在一氧化碳继续通入的情况下撤酒精灯，等到完全恢复到室温后再停止通入一氧化碳，所以不会倒吸．
（6）防止铜单质又被氧化；防止生成的铁单质又被氧化；同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管．
（7）Fe+2HCl═FeCl₂+H₂↑；
（8）取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液，看是否变红，若不变红，说明已洗干净；
（9）FeCl₂、HCl；
（10）20%．

点评 化学反应前后元素质量守恒，根据铁元素质量守恒可求出氧化铁质量，进而求出铜的质量分数．