Question

3．某兴趣小组在实验中模拟炼铁化学原理的实验，对固体产物成分等进行探究．
【设计实验】
用一氧化碳还原纯净的氧化铁粉末，实验装置如图．
 
【进行实验】
（1）实验开始时，应先打开弹簧夹②（填“①”或“②”）．
（2）C处点燃酒精灯的目的是点燃一氧化碳，防止污染空气．
【分析与讨论】
实验结束后，玻璃管内固体粉末由红棕色全部变成黑色，小明认为该黑色固体全部是单质铁，但小华提出了质疑，认为还可能是其它物质，如铁的常见氧化物：氧化铁、四氧化三铁、氧化亚铁（填名称）．
【查阅资料】
上述氧化物中：氧化铁为红棕色，其余都为黑色；只有四氧化三铁能被磁铁吸引．
【实验与猜想】
（1）该小组同学将反应后的黑色固体研磨后，再用磁铁吸引，发现黑色固体粉末全部能被吸引．
（2）进行猜想：黑色固体粉末可能a．全部为铁  b．全部为四氧化三铁  c．铁和四氧化三铁
（3）该小组按上述猜想设计实验，在一定温度下进行了实验，测得下列数据：
①反应前玻璃管和内盛氧化铁粉末的总质量66.0g（玻璃管的质量为60.0g）
②反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量m g（冷却到室温称量）
【得出结论】
通过实验中获得的数据进行计算：
（1）若猜想a成立，则m=64.2；
（2）若猜想b成立，反应的化学方程式为）CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂；
（3）若猜想c成立，则m的取值范围为：64.2＜m＜65.8．

Answer 1

分析 【进行实验】（1）一氧化碳具有可燃性，实验开始要先通一会一氧化碳排尽试管内空气，防止一氧化碳与空气混合发生爆炸，；
（2）一氧化碳有毒，要进行尾气处理；
【实验与猜想】
（2）由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体进行猜测；
【得出结论】依据实验测得的数据结合氧化铁的化学式可求出氧化铁中氧的质量，再用反应前后物质的质量差与之比较判断即可．

解答 解：
【进行实验】（1）一氧化碳具有可燃性，实验开始要先通一会一氧化碳排尽试管内空气，防止一氧化碳与空气混合发生爆炸，；
（2）一氧化碳有毒，要进行尾气处理；
【实验与猜想】
（2）由于铁与四氧化三铁均能被磁铁吸引，所以可对黑色固体的成分可能是：全部是铁；全部是四氧化三铁；两者的混合物；
【得出结论】依据实验测得的数据可知氧化铁的质量是：66g-60g=6g，这些氧化铁中含有的铁元素质量是：6g×$\frac{56×2}{56×2+16×3}×$100%=4.2g，由于反应前后元素的质量不变，所以若黑色粉末全部是铁，则反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量=60g+4.2g=64.2g；
假设全是四氧化三铁，根据其反应方程式可计算出生成的四氧化三铁的质量，设生成的四氧化三铁质量是x
CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂
   3×160       2×232
    6g            x
$\frac{3×160}{6g}=\frac{2×232}{x}$解得  x=5.8g
故若全部是四氧化三铁，反应后玻璃管和内盛黑色固体的总质量m=65.8g
若猜想c成立，则m的取值范围为64.2＜m＜65.8．
 答案：
【进行实验】
（1）②
（2）点燃一氧化碳，防止污染空气
【分析与讨论】氧化亚铁
【实验与猜想】
（2）铁和四氧化三铁
【得出结论】（1）64.2 （2）CO+3Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe₃O₄+CO₂ （3）64.2＜m＜65.8

点评 本题综合性较强，较全面的考查了一氧化碳还原氧化铁，尤其是利用数据对混合物的判断增加了试题难度，掌握反应前后元素的质量不变，并会结合方程式分析即可顺利解答．