Question

1．铁和铜是生活中常见的两种金属．让我们与甲、乙化学兴趣小组一起踏上探究之旅吧！
（一）兴趣小组甲：久置的铜制品表面能生成 Cu₂（OH）₂CO₃．甲组同学以锈蚀严重的废铜 屑为原料（假设不含其他杂质）制取纯铜．如图是兴趣小组设计的两种回收铜的实验方案：
查阅资料：Cu₂（OH）₂CO₃+2H₂SO₄═2CuSO₄+3H₂O+CO₂↑

【分析评价】（1）步骤Ⅱ中 CO 的作用是A（填字母）．A．还原剂B．氧化剂
（2）步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ都需要进行的实验操作是过滤．
（3）步骤Ⅴ过程发生反应的化学方程式为Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑．
（4）同一份废铜屑分别通过上述两种方案最终得到的铜的质量：方案一=（填“＞”或“=”或“＜”）方案二．以上两种方案中，方案二优越于方案一，理由是操作简单（答一点）．
【拓展探究】在方案一中，小明和小丽分别取 24 克氧化铜，用 CO 还原，小明得到 19.2克红色固体，小丽得到 20.8 克红色固体．为什么两人得到的红色固体质量不相等？查阅资料：
Ⅰ．CO 还原 CuO 时也可产生红色的氧化亚铜（Cu₂O）Ⅱ．Cu₂O+H₂SO₄（稀）═Cu+CuSO₄+H₂O
他们分析推断：
（1）一致认为小明（填“小明”或“小丽”）的产物中没有 Cu₂O；
（2）用 CO 还原 8 克 CuO 得到红色固体 a 克，若红色固体为 Cu 和 Cu₂O 的混合物，则
a 的取值范围为6.4＜a＜7.2；
（3）可以用简单的实验验证红色固体中是否有 Cu₂O，请简述操作、现象及结论：取样滴加足量的稀硫酸，若溶液变蓝，说明含Cu₂O．
（二）兴趣小组乙：乙组同学对铁的锈蚀产生了浓厚的兴趣． 铁生锈是铁与空气中的一些物质反应生成氢氧化亚铁后，在空气中被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁在日光照射下，缓慢分解，生成氧化铁 Fe₂O₃．铁锈的化学式可简单表示为 Fe₂O₃•nH₂O．
【提出问题】铁锈（Fe₂O₃•nH₂O）中 n 的值等于多少？
【查阅资料】（1）浓硫酸具有吸水性，是一种常用的液体干燥剂；碱石灰（是氢氧化钠 和氧化钙的混合物）可以吸收水和二氧化碳．
（2）Fe₂O₃•nH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+nH₂O
【问题探究】同学们发现实验室中有一保管不善的铁粉，大部分已经结块成红褐色，为了 探究铁锈（Fe₂O₃•nH₂O）的组成，称取 27g 这种部分锈蚀的铁粉样品（假 设不含其他杂质），按如图1所示装置进行实验．

（1）实验开始前，连接好仪器并检查装置的气密性．
（2）实验中观察到 A 中的现象是固体逐渐变为黑色；请指出该装置中有一处明显不足未进行尾气处理．
【数据处理】以下是 B、C 中质量不再变化时 B 中浓硫酸、C 中碱石灰装置质量变化情况，以及 A 中固体质量和加热时间的关系图（T₅ 后 A 中固体质量不再变化）．

	反应前（g）	反应后（g）
B	100	105.4
C	150	163.2

（3）装置 C 的作用是吸收生成的二氧化碳．装置 B 和 C 是否可以颠倒？否（填“是”或“否”）． 写出 T₃～T₄ 时间段发生的化学方程式Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（4）n 的值为3．若没有装置 D，则 n 的值将偏小（填“偏大”或“偏小”或“无 影响”）．
（5）关系图中 m 的值为16.8．

Answer 1

分析 （一）一氧化碳具有还原性，可以用作冶炼金属的还原剂；
步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ都需要进行的实验操作是过滤，通过过滤可以把固体和液体分离；
步骤Ⅴ过程中，铁能和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气；
不同的实验装置，优缺点不同；
硫酸铜溶液是蓝色溶液；
（二）
凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；  
高温条件下，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳；
一氧化碳有毒，扩散到空气中污染环境；
浓硫酸能够吸收水，碱石灰能够吸收水和二氧化碳；
根据反应的化学方程式及其提供的数据可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：（一）
【分析评价】（1）步骤Ⅱ中 CO 的作用是还原剂．
故填：A．
（2）步骤Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ都需要进行的实验操作是过滤．
故填：过滤．
（3）步骤Ⅴ过程中，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，发生反应的化学方程式为：Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑．
故填：Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑．
（4）同一份废铜屑分别通过上述两种方案最终得到的铜的质量相等，这是因为两种方案中铜元素没有流失；
以上两种方案中，方案二优越于方案一，理由是操作简单．
故填：=；操作简单．
【拓展探究】（1）一致认为小明的产物中没有 Cu₂O，这是因为 24 克氧化铜中铜元素质量是19.2g．
故填：小明．
（2）如果红色固体都是铜，则红色固体质量是：8g×$\frac{64}{80}$×100%=6.4g，
如果红色固体都是氧化亚铜，则红色固体质量为：6.4g÷$\frac{128}{144}$×100%=7.2g，
若红色固体为 Cu 和 Cu₂O 的混合物，则a 的取值范围为6.4＜a＜7.2．
故填：6.4＜a＜7.2．
（3）实验验证红色固体中是否有 Cu₂O的操作、现象及结论：取样滴加足量的稀硫酸，若溶液变蓝，说明含 Cu₂O．
故填：取样滴加足量的稀硫酸，若溶液变蓝，说明含 Cu₂O．
（二）
（1）实验开始前，连接好仪器并检查装置的气密性．
故填：检查装置的气密性．
（2）实验中观察到 A 中的现象是：固体逐渐变为黑色；
该装置中有一处明显不足是未进行尾气处理．
故填：固体逐渐变为黑色；未进行尾气处理．
（3）装置 C 的作用是吸收生成的二氧化碳；
装置 B 和 C 不能颠倒，这是因为如果颠倒，则生成的水和二氧化碳都被碱石灰吸收；
 写T₃～T₄ 时间段，氧化铁和一氧化碳反应生成铁和二氧化碳，发生的化学方程式为：Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
故填：吸收生成的二氧化碳；否；Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂．
（4）由表中数据可知，反应生成水的质量为：105.4g-100g=5.4g，
反应生成二氧化碳的质量为：163.2g-150g=13.2g，
设氧化铁的质量为x，
Fe₂O₃+3CO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO₂，
160                              132
x                                13.2g
$\frac{160}{x}$=$\frac{132}{13.2g}$，
x=16g，
根据题意有：Fe₂O₃•nH₂O，
                     160    18n
                     16g    5.4g
$\frac{160}{16g}$=$\frac{18n}{5.4g}$，
n=3，
若没有装置 D，则由上面计算n的值可知，n的值将偏小．
故填：3；偏小．
（5）关系图中m的值为混合物中铁的质量和反应生成的铁的质量之和，铁的质量为：27g-（16g+5.4g）+16g×$\frac{112}{160}$×100%=16.8g，
故填：16.8．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．