题目内容

19．某工业铁红（Fe2O3）样品中可能混有一种黑色的金属氧化物杂质．根据工业制取铁红分析，该杂质可能是FeO或CuO，兴趣小组同学为探究样品中是否含有杂质及杂质的成分，进行如下实验．
（1）甲组同学分别取质量相等的样品和Fe2O3，加入试管Ⅰ、Ⅱ中，然后加入等体积稀硫酸进行如图对照实验，并得出结论：样品中不含杂质，你认为该结论不合理（填“合理”或“不合理”．）
（2）乙组同学按下列步骤进行实验：
收集资料
①上述三种氧化物在加热条件下，都能与氢气反应得到相应的金属单质和水．
②三种氧化物中氧元素的质量分数由大到小的顺序为氧化铁、氧化亚铁、氧化铜．
③铁粉中混有少量铜时，难以从金属颜色确定是否含有金属铜．
设计方案进行实验
乙组同学用如下图装置进行实验（碱石灰是氧化钙与氢氧化钠固体混合物）．
①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→F→C→D→E→B，检查装置气密性后，向各装置中加入药品，装置F中试剂X是氢氧化钠溶液，装置C的作用是吸收水蒸气，干燥氢气．
②下列实验操作步骤的合理顺序是cba（填写操作编号）．
a．加热装置D中反应管               b．检验H2的纯度
c．打开装置A中分液漏斗活塞，向圆底烧瓶中加入稀盐酸
③该实验处理尾气的方法是将氢气点燃或用气球收集．
实验分析与结论
乙组同学的两次实验数据如表：（两次实验工业铁红均与氢气完全反应）
 实验编号加入装置D中工业铁红的质量（g）  实验后装置E的增重（g）
 1 8.0 2.6
 2 16.0 5.2
①分析数据，你的实验结论是该工业铁红样品中含有FeO或CuO．
②请帮助乙组同学设计实验方案确认该样品中杂质的成分取少量装置D中的固体于试管中，加入足量稀硫酸，震荡，若固体全部溶解，则含FeO，若固体不完全溶解，则含CuO．
（写出操作、现象和结论，若该样品中不含杂质本题不必作答）

分析 （1）根据氧化铁与硫酸反应，生成硫酸铁，铁离子为黄色解答；
（2）根据化合物中元素的质量分数=$\frac{原子的相对原子质量×原子个数}{相对分子质量}$×100%解答；
设计方案进行实验
①根据反应原理分析各步的顺序，根据盐酸具有挥发性，可以用氢氧化钠溶液吸收，浓硫酸具有吸水性解答；
②根据氢气点燃时易发生爆炸，根据实验注意事项进行分析解答；
③根据氢气的性质确定尾气处理方法；
实验分析与结论
①根据表中数据进行有关计算分析解答；
②根据氧化铜与硫酸反应，生成硫酸铜，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁解答．

解答 解：
（1）氧化铁与硫酸反应，生成硫酸铁，铁离子为黄色，固体中一定有氧化铁，和硫酸反应一定生成硫酸铁，溶液一定显黄色，故不合理；
（2）把三种氧化物Fe2O3、FeO、CuO中氧原子个数变为3，则为Fe2O3、Fe3O3、Cu3O3，相对分子质量的大小为：Cu3O3，＞Fe3O3＞Fe2O3相对分子质量越大，氧元素的质量分数越小，故三种氧化物中氧元素的质量分数由大到小的顺序为：氧化铁、氧化亚铁、氧化铜；
设计方案进行实验
①锌与盐酸反应生成氢气和水，盐酸具有挥发性，氢气从A中逸出时，常混有氯化氢和水蒸气，为得到干燥的氢气，氯化氢可以用氢氧化钠溶液吸收，
浓硫酸具有吸水性，可以干燥氢气；然后通入C中与工业铁红反应，生成的水被碱石灰吸收，故乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→F→C
→D→E→B．
②实验操作步骤的合理顺序是：打开装置A中分液漏斗活塞，向圆底烧瓶中加入稀盐酸，收集一定量的氢气，检验H2的纯度，将纯净的氢气通入装置D中通一会，再加热装置D中反应管；否则易发生爆炸；
③该实验处理尾气的方法是将氢气点燃或用气球收集；
实验分析与结论
①假设8g工业铁红全部是氧化铁，氢气与8g氧化铁反应生成水的质量=8g×$\frac{64}{160}$÷$\frac{16}{18}$=2.7g
假设8g工业铁红全部是氧化亚铁，氢气与8g氧化亚铁反应生成水的质量=8g×$\frac{16}{72}$÷$\frac{16}{18}$=2g
假设8g工业铁红全部是氧化铜，氢气与8g氧化铜反应生成水的质量=8g×$\frac{16}{80}$÷$\frac{16}{18}$=1.8g，
而表中数据为2.6g，三种氧化物生成的水都少于2.6g，说明样品中有杂质，若杂质为FeO，则产物为Fe，若杂质为CuO，则产物为Cu．该工业铁红样品中含有杂质或该工业铁红样品中含有FeO或CuO；
②取少量装置D中的固体于试管中，加入足量稀硫酸，震荡，若固体全部溶解，则含FeO，若固体不完全溶解，则含CuO，因为氧化铜与硫酸反应，生成硫酸铜，铁与硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁．
答案：
（1）不合理；
（2）氧化铁、氧化亚铁、氧化铜；吸收水蒸气，干燥氢气；
设计方案进行实验
①CDE；氢氧化钠；
②cba；
③将氢气点燃或用气球收集；
实验分析与结论
①该工业铁红样品中含有FeO或CuO；
②取少量装置D中的固体于试管中，加入足量稀硫酸，震荡，若固体全部溶解，则含FeO，若固体不完全溶解，则含CuO

点评 题考查了物质性质的探究和组成分析判断，主要是实验过程的分析，掌握基本操作和测定原理是解题关键，题目难度中等．在此类题时，首先题中征的物质出，然结出物质和题的转化关系推导余的物质，最后推出的各种物质入转化关系中进行验即可．

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