4.如图5是“XX牌贴身暖宝宝”使用说明书,小王等同学阅读了使用说明后,对它的成分和发热原理产生了兴趣,和同学们一起进行了实验探究.
(1)袋内物质中含有的金属元素至少有2种,其外袋材料属于合成(填“无机非金属”、“合成”或“复合”)材料.
(2)【初步探究成分及发热原理】
【提出问题】:“暖宝宝”为什么能发热?
【做出猜想】:“暖宝宝”发出的热量主要来自铁粉氧化(即生锈)的过程.
【设计实验】:
| 实验操作 | 实验现象 | 解释或结论 |
步骤1 | 取A、B两袋“暖宝宝”,将A袋按使用说明打开外袋取出内袋;而B袋不打开外袋.并将两袋样品放置在同样的环境中. | A袋的“暖宝宝”温度很快上升;B袋温度. | “暖宝宝”发热是由于袋内物质与O2(或空气)接触. |
步骤2 | 24小时后,分别剪开A、B两袋,各取少量袋内物质于两支试管中,分别加入适量稀盐酸. | A袋内物质部分溶解,产生黄色溶液;B袋内物质. | 用化学方程式表示产生黄色溶液的反应:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O |
【得出结论】:“暖宝宝”发出的热量主要来自铁粉发生氧化(生锈)的过程. |
【继续探究】:小王和同学们想继续探究“暖宝宝”发热后,剩余物质中是否还含有活性炭,他们取适量A袋内物质于烧杯内,加入过量,充分反应后过滤,洗涤、烘干滤渣.为进一步验证黑色滤渣的成分,小王和小李同学分别设计了1、2两个如图所示的装置,点燃滤渣,用澄清石灰水验证产物,你认为图的装置结论更可靠,理由是.同学们分析铁生锈是一个缓慢氧化的过程,“暖宝宝”放热现象之所以很明显是因为:吸附
①铁呈粉末状,活性炭有性,使铁能与氧气、水等接触充分;
②氯化钠能加快铁生锈;
(3)【测定“暖宝宝”中的含铁量】
取一片包装完好的“暖宝宝”,剪开包装,利用袋内物质立即进行实验.
【实验方法】:取样品m g,利用如图3所示装置与药品,测反应后生成气体的体积.
【实验步骤】:
①连接仪器,检查装置气密性;
②将实验所用药品装入各仪器中,记录量气管(水准管中水不会溢出)初始刻度;
③打开分液漏斗活塞,加入足量稀硫酸至不再有气泡冒出.在实验过程中,若烧瓶和量气管内气体压强过大,可将水准管下移(填“上提”或“下移”).
④等恢复至室温,并调节量气管与水准管两边液面相平后,再次记录量气管刻度;
【数据处理】:
若实验条件下,氢气的密度为d g/mL,测得氢气体积为v mL.则该“暖宝宝”中铁粉的质量分数的表达式为$\frac{28dv}{m}$.
【交流讨论】:
利用3装置,即使操作无失误,测量结果仍会偏大,原因是滴入烧瓶内的稀硫酸占一定体积,小王重新设计了一个如图4的实验装置,利用该装置实验时,在气密性良好的前提下,如果往锥形瓶中注入的稀硫酸体积为V
1mL,充分反应后,右侧针筒中气体的读数为V
2 mL,则反应生成的氢气的体积为V
2-V
1mL.
(4)【测定“暖宝宝”中的铁、碳质量比】
小李取了一片外袋已有部分破损的“暖宝宝”,剪开包装,利用袋内物质立即进行实验.
【查阅资料】:
①2Fe(OH)
3═$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe
2O
3+3H
2O
②Fe+2FeCl
3═3FeCl
2③在HCl和FeCl
3的混合溶液中Fe先与FeCl
3反应
【实验记录】:(如图6)
【实验结论】:经该实验测定,新产品的配料中碳粉和铁粉的质量比为1.9:7.28(或95:364),该片已有破损的“暖宝宝”中的剩余铁单质的质量为6.16g.