Question

5．某化学兴趣小组的学生研究过量的炭粉与Fe₂O₃在高温条件下反应的气体产物成分．探究过程如下：
（1）提出假设：气体产物全部是CO₂．
（2）查阅资料：a．氮气不能与炭粉及Fe₂O₃反应．
b．高温下可以发生下列反应：2Fe₂O₃+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑  C+CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO
（3）设计方案：将一定量氧化铁在隔绝空气的环境下与过量炭粉充分反应．用实验中实际测得产生气体的质量，与理论计算得到的CO₂的质量进行比较．
（4）实验装置：如图所示．
（5）实验操作：
①称量：反应前Fe₂O₃的质量3.20g；炭粉的质量2.00g；玻璃管C的质量48.48g．反应后玻璃管与残留固体共52.24g．
②加热前先通一段时间氮气，再夹紧弹簧夹T，点燃酒精喷灯加热．
（6）问题分析：①用酒精喷灯而不用酒精灯的目的是获取反应所需的高温条件．
②加热前先通一段时间氮气的目的是清除试管中空气（氧气），防止炭粉与空气中氧气发生反应．
③理论计算：若氧化铁与炭粉反应的气体产物全部是CO₂，求3.20g氧化铁完全反应时生成CO₂的质量．（写出计算过程）
④根据实验数据计算实验中实际获得气体的质量．（写出计算过程）
（7）结论：原假设不能（能、不能）成立，理由是因为生成的气体质量为1.44 g，大于1.32 g，故气体产物不完全为CO₂，实际是C0₂和C0的混合物，原假设不能成立（其他合理答案亦可给分）．
（8）兴趣小组成员小聪想到家里新换的水龙头．他从说明书上了解到该水龙头是铜质镀铬．好奇的小聪想探究铬（Cr）与常见金属铁、铜的活动性强弱，请你参与．
【作出猜想】
猜想1：Cr＞Fe＞Cu；     猜想2：Fe＞Cu＞Cr；     猜想3：你的猜想是Fe＞Cr＞Cu．
【查阅资料】
①铬是银白色有光泽的金属，在空气中其表面能生成抗腐蚀的致密的氧化膜．
②铬能与稀硫酸反应，生成蓝色的硫酸亚铬（CrSO₄）溶液．
【设计与实验】
小聪同学取大小相等的三种金属片，用砂纸打磨光亮；再取三支试管，分别放入等量的同种稀硫酸．

实验	试管1	试管2	试管3
实验 操作
实验 现象	铁片表面产生气泡较慢，溶液变为浅绿色	铬片表面产生气泡较快，溶液变成为蓝色	铜表面无气泡

【结论与解释】
①小聪得到的结论是猜想1正确．
②实验前用砂纸打磨金属片的目的是除去金属表面的氧化膜，利于反应．
【知识运用】
将铬片投入FeSO₄溶液中，反应能（填“能”或“不能”）进行．若能进行，请你写出化学方程式Cr+FeSO₄=Fe+CrSO₄．

Answer 1

分析 （6）①根据题中所给化学方程式所需的条件进行分析使用酒精喷灯的原因．
②根据反应物与装置中空气的反应进行分析．
③可直接根据化学方程式进行求解．
④根据质量守恒定律可知反应后获得气体的质量为前后玻璃管内物质的质量之差．
（7）根据③问计算的二氧化碳的质量和④问计算所得的气体的质量大小进行分析解答；
（8）[作出猜想]根据三种金属的活动性顺序进行猜想；
[结论与解释]①根据实验的现象得出结论；②根据金属的表面常有一层金属氧化物会影响金属和溶液的反应分析；
[知识运用]根据在金属活动性顺序中，位于前面的金属能把位于后面的金属从它们化合物的溶液里置换出来分析并写出反应的方程式．

解答 解：（6）①根据反应2Fe₂0₃+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3CO₂↑ C+C0₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO的反应条件为高温，可知选酒精喷灯是为了获得高温．
故答案为：获取反应所需的高温条件；
②因为反应物中碳可以在加热条件下可以和空气中的氧气发生反应生成二氧化碳，影响实验结果，所以目的就是清除试管中的空气．
故答案为：清除试管中空气（氧气），防止炭粉与空气中氧气发生反应；
③设3.20gFe₂O₃与炭粉发生反应生成C0₂的质量为x
2Fe₂0₃+3C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$4Fe+3C0₂↑
320               132
3.2g                x
$\frac{320}{3.2g}=\frac{132}{x}$
解之得：x=1.32g
答：3.20g氧化铁完全反应时生成CO₂的质量为1.32g；
④根据质量守恒定律可知：实验产物中气体质量为（48.48g+3.20g+2.00g）-52.24 g=1.44g；
答：实验中实际获得气体的质量为1.44g．
（7）因为生成的气体质量为1.44 g，大于1.32 g，故气体产物不完全为CO₂，实际是C0₂和C0的混合物，原假设不能成立．
故答案为：不能；因为生成的气体质量为1.44 g，大于1.32 g，故气体产物不完全为CO₂，实际是C0₂和C0的混合物，原假设不能成立（其他合理答案亦可给分）．
（8）[作出猜想]三种金属的活动性顺序可能存在三种情况：猜想1为Cr＞Fe＞Cu；猜想2为Fe＞Cu＞Cr，故猜想3答案：Fe＞Cr＞Cu；
[结论与解释]①试管1中实验现象铁片表面产生气泡较慢，溶液变为浅绿色，可知金属铁在金属活动顺序中排在氢前，根据铬片表面产生气泡较快，溶液变为蓝色，从而得出铬也排在氢前且铬比铁活泼，因为铜不能和稀硫酸反应生成氢气，可知铜排在氢的后面，故猜想1．Cr＞Fe＞Cu正确；
②因为金属的表面常有一层金属氧化物会影响金属和溶液的反应，因此实验前用砂纸打磨金属片的目的是除去金属表面的氧化膜，利于反应；
[知识运用]因为金属铬比铁活泼强，故铬能和硫酸亚铁反应生成硫酸铬和铁，反应的方程式为：Cr+FeSO₄=Fe+CrSO₄；
故答案为：
[作出猜想]Fe＞Cr＞Cu；
[结论与解释]①1；②除去金属表面的氧化膜，利于反应；
[知识运用]能； Cr+FeSO₄=Fe+CrSO₄．

点评 本题是对金属活动性顺序的考查，运用实验探究金属的活动性顺序，考查了实验探究的过程，注重学生运用实验分析实验能力的培养．