Question

【題目】某研究性小組在實驗室中模擬煉鐵化學原理的實驗。

I．定性探究

在一定溫度下，該小組同學用一氧化碳還原純凈的氧化鐵（實驗裝置如圖），從環保角度看，該小組設計的實驗裝置有不足之處，你認為該如何改進？_____，觀察到玻璃管內固體由紅色全部變為黑色。

小明同學認為該黑色固體全部是鐵，但小華同學提出了質疑，于是大家分頭查閱資料。

（查閱資料）

（1）一氧化碳還原氧化鐵的固體產物的成分與反應溫度、反應時間等因素有關。

（2）一氧化碳還原氧化鐵的實驗過程中固體產物可能有四氧化三鐵、氧化亞鐵、鐵。

（3）

性質	四氧化三鐵	氧化亞鐵	鐵粉
顏色	黑色	黑色	黑色
能否被磁鐵吸引	能	不能	能

（實驗與猜想）

（1）該小組同學將反應后的黑色固體研磨后，再用磁鐵吸引，發現黑色固體全部能被吸引，則該黑色固體中不可能含有_____。

（2）進行猜想：黑色固體可能

a．全部為鐵 b．_____ c．_____

Ⅱ.定量探究

取上述研磨后的黑色固體20g，設計如下實驗：

（1）小明同學的猜想_____（填“是”或“否”）成立。

（2）通過計算，確定20g黑色固體的成分及質量_____（請寫出計算過程）。

（繼續實驗）

若要從以上探究所得FeSO4、CuSO4的混合溶液中回收銅和硫酸亞鐵晶體，可設計如下實驗方案：

（1）步驟①中，金屬X是_____；

（2）步驟②中，加入過量稀硫酸的目的是_____。發生反應的化學方程式為_____。

Answer 1

【答案】增加除去尾氣的裝置 FeO 全部是四氧化三鐵 鐵和四氧化三鐵 否 黑色固體由Fe3O4和Fe組成，其中Fe3O4是14.4g,Fe是5.6g Fe 除去過量的鐵 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑

【解析】

一氧化碳和氧化鐵高溫生成鐵和二氧化碳，鐵和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，鐵和稀硫酸反應生成硫酸亞鐵和氫氣。

I．一氧化碳有毒，用一氧化碳還原純凈的氧化鐵（實驗裝置如圖），從環保角度看，該小組設計的實驗裝置不足之處是沒有尾氣處理裝置，應該增加除去尾氣的裝置。

[實驗與猜想]

（1）黑色固體粉末全部能被吸引，則該黑色固體粉末中不可能含有氧化亞鐵（FeO）。

（2）黑色固體粉末全部能被吸引，黑色固體粉末可能是全部為鐵或全部為四氧化三鐵或四氧化三鐵與鐵粉的混合物，進行猜想：黑色固體可能

a．全部為鐵 b．全部是四氧化三鐵 c．鐵和四氧化三鐵

Ⅱ.定量探究

（1）20g黑色固體粉末與足量的硫酸銅溶液充分反應后，得到硫酸亞鐵溶液和銅，說明黑色粉末中含有鐵，過濾得到的黑色固體是四氧化三鐵，則金屬混合物是鐵和四氧化三鐵的混合物；小明的猜想不成立。

（2）反應前后，固體質量增加了

設黑色固體中鐵的質量為x

x=5.6g
四氧化三鐵的質量為

故黑色固體由Fe3O4和Fe組成，其中Fe3O4是14.4g,Fe是5.6g。

[繼續實驗]

（1）步驟①中，過量的鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，故金屬X是鐵（Fe）。

（2）步驟②中，鐵粉與硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵；然后再加入過量的稀硫酸把銅粉和鐵粉混合物中的鐵粉除去，故加入過量稀硫酸的目的是除去過量的鐵。發生反應的化學方程式為Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑。