Question

7．鋼鐵是使用最多的金屬材料．在今年的化學(xué)活動周中，某校興趣小組的同學(xué)在老師指導(dǎo)下做了三個有關(guān)鐵的實驗．
實驗一：用干燥純凈的一氧化碳還原氧化鐵 （實驗裝置如圖1）：

其中A是實驗室用草酸（H₂C₂O₄）和濃硫酸加熱制取一氧化碳的氣體發(fā)生裝置，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃硫酸\;}}{加熱}$H₂O+CO₂↑+CO↑．請回答下列問題：
（1）B裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
（2）C裝置無明顯現(xiàn)象，C裝置的作用是證明二氧化碳已被完全吸收．D裝置中濃硫酸的作用是干燥一氧化碳?xì)怏w．
（3）E裝置中的實驗現(xiàn)象是紅色粉末變成黑色．
（4）F裝置的作用是證明反應(yīng)生成了二氧化碳、尾氣處理．
實驗二：鋁粉和氧化鐵粉末反應(yīng)（鋁熱反應(yīng)）（實驗裝置如圖2）：
圖中紙漏斗由兩張濾紙折疊成漏斗狀套在一起，使四周都有四層，點燃鎂條后觀察到的現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，放出大量的熱，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入細(xì)沙中．實驗后老師作了如下提示：實驗中鎂條和氯酸鉀的作用是提供反應(yīng)所需的高溫條件，鋁粉和氧化鐵粉末在高溫條件下的反應(yīng)叫鋁熱反應(yīng)，屬于置換反應(yīng)，該反應(yīng)常用于焊接鋼軌．請寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃．該反應(yīng)中單質(zhì)鋁與一氧化碳有相似的還原（填“氧化”或“還原”）性．
實驗后同學(xué)們對金屬與金屬氧化物間的反應(yīng)產(chǎn)生興趣，激發(fā)了探究熱情．
【提出問題】任何金屬與金屬氧化物在高溫條件下都能反應(yīng)嗎？
同學(xué)們在請教老師后設(shè)計了如下實驗方案并進(jìn)行了探究．
【實驗方案】

實驗組別	實驗操作	實驗現(xiàn)象	結(jié)論
實驗1	取Zn、CuO粉末的均勻混合物于密閉容器中，高溫加熱． 向冷卻后的固體中加入足量的稀鹽酸．	黑色粉末變成紅色 固體部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，水溶液呈無色．	Zn和CuO能發(fā)生置換反應(yīng)．
實驗2	取Mg、CuO粉末的均勻混合物于密閉容器中，高溫加熱． 向冷卻后的固體中加入足量的稀鹽酸．	發(fā)生爆炸，黑色粉末變成紅色． 固體部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，水溶液呈無色．	鎂與氧化銅發(fā)生了置換反應(yīng)
實驗3	取Cu、Fe2O3粉末的均勻混合物于密閉容器中，高溫加熱．	粉末無變化	Cu、Fe2O3不能反應(yīng)．

【實驗總結(jié)】金屬與金屬氧化物在高溫條件下有些能反應(yīng)，有些不能反應(yīng)．
實驗三：甲、乙、丙三位同學(xué)，分別用上述實驗一所得的鐵樣品與稀硫酸反應(yīng)，其中只有一位同學(xué)所取用
的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)，實驗數(shù)據(jù)如下表：

	甲	乙	丙
燒杯+稀硫酸	200g	150g	150g
加入的鐵樣品	9g	9g	14g
燒杯+剩余物質(zhì)質(zhì)量	208.7g	158.7g	163.7g

請你認(rèn)真分析數(shù)據(jù)，回答下列問題：（燒杯的質(zhì)量為28.1g，計算結(jié)果保留一位小數(shù)）
（1）乙同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)？
（2）計算樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？
（3）計算恰好完全反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？

Answer 1

分析 實驗一：
（1）氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳生成二氧化碳與水；
（2）澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁，可用來檢驗二氧化碳的存在；濃硫酸具有很好的吸水性；
（3）根據(jù)一氧化碳還原氧化鐵的生成物考慮；
（4）澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁，可用來檢驗二氧化碳的存在；
實驗二：
實驗裝置如下圖：根據(jù)鋁粉和氧化鐵粉末在高溫條件下的反應(yīng)叫鋁熱反應(yīng)，屬于置換反應(yīng)，寫出化學(xué)反應(yīng)式；一氧化碳具有還原性；
實驗方案：實驗1：根據(jù)結(jié)論：Zn和CuO能發(fā)生置換反應(yīng)．填寫實驗現(xiàn)象；
實驗三：
（1）甲、乙比較說明9g鐵樣品完全反應(yīng)能產(chǎn)生0.3g氫氣；乙、丙比較說明150g稀硫酸完全反應(yīng)生成0.3g氫氣，因此可以判斷乙同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)；
（2）由氫氣的質(zhì)量根據(jù)鐵與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計算出樣品中鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計算出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）由氫氣的質(zhì)量根據(jù)鐵與硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式可以計算出反應(yīng)后生成的硫酸亞鐵的質(zhì)量，進(jìn)而計算出恰好完全反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：實驗一
（1）根據(jù)化學(xué)方程式：H₂C₂O₄$\frac{\underline{\;濃H_{2}SO_{4}\;}}{△}$H₂O+CO₂↑+CO↑可知，有CO₂生成，B裝置中的氫氧化鈉溶液可以吸收二氧化碳?xì)怏w，化學(xué)反應(yīng)式是：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
故答案為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
（2）C裝置中的澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁，而C裝置中無明顯現(xiàn)象，說明二氧化碳已被氫氧化鈉溶液完全吸收；D裝置中濃硫酸的作用是吸收制取CO過程中產(chǎn)生的水，得到干燥的CO；
故答案為：證明二氧化碳已被完全吸收；干燥一氧化碳?xì)怏w；
（3）E裝置中的氧化鐵在CO的還原作用下，由紅色的氧化鐵粉末變成黑色的鐵粉．
故答案為：紅色粉末變成黑色；
（4）F裝置中的澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁，可以用來證明二氧化碳的存在；點燃尾氣，是因為過量的有毒一氧化碳會污染空氣，所以要進(jìn)行尾氣處理．
故答案為：證明反應(yīng)生成了二氧化碳、尾氣處理；
實驗二
實驗裝置如下圖：鋁粉和氧化鐵粉末在高溫條件下的反應(yīng)叫鋁熱反應(yīng)，屬于置換反應(yīng)，我們可以據(jù)此寫出化學(xué)反應(yīng)式：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃，一氧化碳具有還原性，是在化學(xué)反應(yīng)中得到氧的物質(zhì)，在該反應(yīng)中鋁也是得到氧的物質(zhì)，所以具有還原性．
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe+Al₂O₃、還原；
實驗方案：
實驗1：根據(jù)結(jié)論：Zn和CuO能發(fā)生置換反應(yīng)，說明置換出銅單質(zhì)．故實驗現(xiàn)象是：黑色粉末變成紅色．
故答案為：紅；
實驗2：根據(jù)現(xiàn)象：發(fā)生爆炸，黑色粉末變成紅色，說明氧化銅變成了銅單質(zhì)，鎂與氧化銅發(fā)生了置換反應(yīng)．
故答案為：無、鎂與氧化銅發(fā)生了置換反應(yīng)；
實驗三
解：（1）甲、乙比較說明9g鐵樣品完全反應(yīng)能產(chǎn)生0.3g氫氣；乙、丙比較說明150g稀硫酸完全反應(yīng)生成0.3g氫氣，因此可以判斷乙同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全反應(yīng)；
（2）生成氫氣的質(zhì)量為：150g+9g-158.7g=0.3g
設(shè)Fe的質(zhì)量為x，F(xiàn)eSO₄的質(zhì)量為y
Fe+H₂SO₄═FeSO₄+H₂↑
56        152    2
x          y    0.3g
$\frac{56}{x}$=$\frac{2}{0.3g}$   $\frac{152}{y}$=$\frac{2}{0.3g}$
解得：x═8.4g，y=22.8g
（2）樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{8.4g}{9g}$×100%=93.3%
（3）所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{22.8g}{150g+8.4g-0.3g-25.4g}$×100%═17.5%
答：（1）乙同學(xué)所取用的稀硫酸與鐵樣品恰好完全應(yīng)；
（2）樣品中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.3%；
（3）恰好完全反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.5%．
故答案為：（1）乙；  
（2）93.3%；
（3）17.5%．

點評 本題以實驗探究的形式考查如何得到純凈的一氧化碳及根據(jù)化學(xué)方程式的計算題、實驗設(shè)計等問題，要同學(xué)們具有綜合的化學(xué)知識，再可做好此題．此題難度較大．