Question

固体粉末X由Fe₂O₃、CuO组成．某研究性学习小组选用图17中装置（夹持仪器已略去，实验前均已检查装置气密性）探究X与过量炭粉发生反应时，除生成CO₂外，是否还有其他气体产物．
请回答：
（1）若按甲→丙→丁的顺序连接装置，则

 

（填上图装置代号）装置中的仪器和试剂需称量．开始反应，气体经充分吸收后，分析数据发现，消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，可能的原因除产生了CO₂外的其他气体产物，还可能是

 

．
（2）为使实验测得的数据更能准确说明问题，一些同学按乙→丁→戌的顺序连接装置进行实验，并且加热前先通一会儿气体M，停止加热后再通一会儿该气体．
①气体M可能是

 

（填字母）．
a．CO₂     b．H₂     c．N₂     d．CO     e．O₂
②停止加热后再通一会儿气体M的原因是

 

．
（3）以上两套装置均存在同样的明显缺陷是

 

．
（4）该小组同学设计实验（如图）将X进行转化（每一步均反应完全）：

①生成气体B的化学方程式是

 

．
②将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，过滤，再向滤液加入双氧水，得黄色溶液；写出当加入双氧水时溶液中发生反应的离子方程式：

 

．
③若已知固体X的质量为7.2g，反应中Al粉的质量是2.7g，气体B在标准状况下的体积为672mL，则固体D的质量是

 

g．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）探究Fe₂O₃、CuO组成的混合物与过量炭粉发生反应的气体产物：若按甲→丙→丁的顺序连接装置，原理为根据反应前后质量守恒判断，甲中装有Fe₂O₃、CuO、丙作为反应的缓冲瓶，丁中二氧化碳和碱反应生成盐，根据甲中固体质量变化以及丙装置中吸收的二氧化碳的质量进行判断，所以需称量装置中的甲、丁仪器，分析数据发现，消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，可能的原因除产生了CO₂外的其他气体产物，还可能是生成CO₂气体残留在装置中；
（2）①按乙→丁→戌的顺序连接装置进行实验，乙用硬质玻璃管连接，说明可以通入气体赶走装置中的空气，因空气中的氧气可以和铁反应，可以和碳反应影响测定结果，选择通入的气体不能与碳、铁、氧化铁反应；
②停止加热后再通一会儿气体氮气，将装置中残留的CO₂气体吹出，因丁装置吸收二氧化碳，需再通一会儿气体氮气，防止溶液发生倒吸；
（3）若有无色无味有毒一氧化碳生成，一氧化碳不能直接排空，要用尾气处理装置处理；
（4）①固体粉末X由Fe₂O₃、CuO组成，与铝粉发生铝热反应，产物为铁、铜可能还有过量的铝；加入氢氧化钠能产生气体的只有铝，据此分析书写化学方程式；
②固体D为铁、铜，将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，铁和硫酸反应，生成亚铁离子，加入双氧水，双氧水氧化亚铁离子生成铁离子；
③固体粉末X由Fe₂O₃、CuO组成，气体B为氢气，固体D为铁、铜，据此分析计算．

解答： 解：（1）探究Fe₂O₃、CuO组成的混合物与过量炭粉发生反应的气体产物：若按甲→丙→丁的顺序连接装置，甲中减少的质量为碳、氧元素减少的质量，丙中增加的质量为二氧化碳的质量，根据、碳氧元素守恒，判断出除二氧化碳外是否还有其它气体产物，所以需称量装置中的甲、丁仪器，如果消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，有两种可能，一是除产生了CO₂外，还生成其他气体，二是生成CO₂气体残留在装置中，
故答案为：甲、丁；生成CO₂气体残留在装置中；
（2）①碳能和二氧化碳反应，氢气能和氧化铁反应，一氧化碳可和氧化铁反应，氧气能和铁反应，它们会影响测定结果，所以设计的实验装置中有空气存在时，选择加热前先通入N₂排尽装置中的空气，
故选c；   
②该实验是通过测定二氧化碳的质量以及固体X中碳氧质量变化进行对比判断是否有其它产物生成，所以二氧化碳不全部进入丁装置影响测定结果，所以需停止加热后再通一会儿气体氮气，将装置中残留的CO₂气体吹出，因丁装置吸收二氧化碳可能产生倒吸，所以需再通一会儿气体氮气，
故答案为：将装置中残留的CO₂气体吹出，防止溶液发生倒吸；
（3）碳和金属氧化物反应生成二氧化碳，在高温的条件下，若碳过量，二氧化碳和碳会生成一氧化碳，一氧化碳无色无味有毒，不能直接排空，要用尾气处理装置处理，
故答案为：无尾气处理装置；
（4）①固体粉末X由Fe₂O₃、CuO组成，与铝粉发生铝热反应，2Al+Fe₂O₃

高温  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高温  .

Al₂O₃+3Cu，产物为铁、铜可能还有过量的铝；加入氢氧化钠能产生气体的只有铝，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，
故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
②固体D为铁、铜，将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，铜和稀硫酸不反应，铁和硫酸反应Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑ 生成亚铁离子，加入双氧水，双氧水氧化亚铁离子2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③设7.2gFe₂O₃、CuO的物质的量分别为X、Y，则160X+80Y=7.2，气体B在标准状况下的体积为672mL，为0.03mol，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，则参加铝热反应剩余的铝的物质的量为0.02mol，反应中Al粉的质量是2.7g为0.1mol，则参加铝热反应的铝的物质的量为0.1mol-0.02molk=0.08mol；根据2Al+Fe₂O₃

高温  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高温  .

Al₂O₃+3Cu，可得2X+

2

3

Y=0.08，与160X+80Y=7.2，联立方程组解得：X=0.003mol，Y=0.003mol，所以固体D的质量为0.03mol×2×56g/mol+0.03mol×64g/mol=5.28g，
故答案为：5.28．

点评：本题考查了探究Fe₂O₃、CuO和碳反应产物的判断，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力；该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，全面细致的思考才能得出正确的结论．注意（4）③中固体D为铁、铜，铁的物质的量为氧化铁物质的量的两倍．