Question

某活動小組根據下圖所示進行模擬煉鐵的實驗，并對產物的成分進行探究．

Ⅰ．定性探究
【提出問題】黑色粉末A可能是什么呢？
【進行猜想】（1）小明認為黑色粉末A全部是鐵粉．請寫出鐵粉與CuSO₄溶液反應的化學方程式

 

．實驗過程中采取了過濾，該操作中用到的玻璃儀器有

 

、

 

和玻璃棒，其中玻璃棒的作用是

 

．
（2）小華認為小明的猜想是錯誤的，理由是

 

．
（3）小華提出了猜想①和猜想②，請結合所學知識補充余下的一個猜想．
猜想①：黑色粉末A由鐵粉和四氧化三鐵（Fe₃O₄）組成；猜想②：黑色粉末A由鐵粉和氧化亞鐵（FeO）組成；猜想③：

 

．
【查閱資料】

鐵的氧化物	Fe2O3	Fe3O4	FeO
顏色	紅棕	黑	黑
物理性質	不能被磁鐵吸引	能被磁鐵吸引	不能被磁鐵吸引
化學性質	可溶于稀硫酸，但不生成氣體	常溫下不溶于稀硫酸	可溶于稀硫酸，但不生成氣體

【實驗探究】

方案	實驗操作	可能的現象	結論
①	取適量黑色粉末A用磁鐵吸引	黑色粉末全部被吸引	猜想①正確
②	取適量黑色粉末A用磁鐵吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想②正確
③			猜想③正確

【反思評價】小娟認為方案②中得出的結論不正確，其理由是

 

．
【得出結論】在高溫下，一氧化碳和氧化鐵反應可生成鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵．請寫出只生成氧化亞鐵的方程式

 

．
Ⅱ．定量探究
為了分析黑色粉末A中鐵的質量分數，設計了如下實驗方案：一定量的A與足量的稀硫酸反應并測產生H₂的體積．
為了達到實驗目的且不讓產生H₂的速率過快，發(fā)生裝置和收集裝置應選下圖中的

 

組合（填序號）．

測得數據如：[該條件下氫氣的密度為0.09g/L]
稱量4g A

加入足量的稀H2SO4

充分反應后

收到氣體體積800mL
請計算黑色粉末A中鐵的質量分數．（請寫出計算過程）

Answer 1

考點：鐵的冶煉,過濾的原理、方法及其應用,金屬的化學性質

專題：金屬與金屬材料

分析：Ⅰ定性探究
【進行猜想】（1）鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅；過濾時用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒等；
（2）鐵能和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅；
（3）黑色粉末A由鐵粉和四氧化三鐵組成，或黑色粉末A由鐵粉和氧化亞鐵組成，或黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成；
【實驗探究】根據實驗現象或實驗結論可以進行相關方面的判斷；
根據反應物、生成物、反應條件及其質量守恒定律可以書寫化學方程式．
Ⅱ、根據鐵和稀硫酸反應常溫下進行，反應物是固液混合狀態(tài)選擇氣體的發(fā)生裝置；根據氫氣的質量算出鐵的質量，再用鐵的質量除以鐵樣品的質量．

解答：解：Ⅰ【進行猜想】
（1）鐵和硫酸銅反應生成硫酸亞鐵和銅；過濾時用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒等；玻璃棒的作用是引流液體；故填：Fe+CuSO₄═FeSO₄+Cu；燒杯、漏斗；引流．
（2）因為加入足量的硫酸銅溶液后過濾，還有黑色粉末存在，所以黑色粉末A不可能全部是鐵粉．
故填：加入足量的硫酸銅溶液后過濾，還有黑色粉末存在．
（3）黑色粉末A由鐵粉和四氧化三鐵組成，或黑色粉末A由鐵粉和氧化亞鐵組成，或黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成．
故填：黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成．
【實驗探究】
取適量黑色粉末B，用磁鐵吸引，黑色粉末部分被吸引，說明黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成，猜想③正確．
故填：取適量黑色粉末B，用磁鐵吸引；黑色粉末部分被吸引．
【反思評價】小娟認為方案②中得出的結論不正確她認為含有四氧化三鐵時，也發(fā)生同樣的現象；
【得出結論】一氧化碳和氧化鐵在一定條件下反應生成氧化亞鐵和二氧化碳的反應方程式為：Fe₂O₃+CO

高溫  .

2FeO+CO₂．
Ⅱ、鐵和稀硫酸反應常溫下進行，反應物是固液混合狀態(tài)，分液漏斗能控制酸的滴加速度，測產生H₂的體積選⑧，選擇②④⑧；
生成氫氣的質量為0.09g/L×0.8L=0.072g：，設要生成0.072g氫氣，需要鐵質量為X則：
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
X             0.072g
根據：

56

X

=

2

0.072g

解得X=2.056g，則該黑色粉末A中鐵的質量分數是

2.056g

4g

×100%=50.14%．
故答案：Ⅰ、【進行猜想】
（1）Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu；燒杯，漏斗；引流；
（2）與足量硫酸銅溶液反應后有黑色粉末B；
（3）猜想③；黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵（FeO）和四氧化三鐵（Fe₃O₄）組成；
【實驗探究】③用磁鐵吸引；黑色粉末B部分被吸引；
【反思評價】黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵（FeO）和四氧化三鐵（Fe₃O₄）組成也會出現黑色粉末A部分被吸引
【得出結論】Fe₂O₃+CO

高溫  .

2FeO+CO₂；
Ⅱ、②④⑧；50.14%．

點評：化學實驗現象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結論的依據，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，有助于提高觀察實驗、進行實驗的能力．所以，對化學實驗不僅要認真觀察，還應掌握設計實驗、觀察實驗現象的方法．