Question

某研究性学习小组在综合实践活动中对某化工厂化验室排除的废水感兴趣，并对其进行了探究：
【调查获悉】废水中含有硝酸亚铁、硝酸银
【查阅资料】含硝酸亚铁的溶液呈浅绿色
【实验目的】探究用锌从废水中最大限度地回收金属银的方法，探究锌和废水中的硝酸亚铁、硫酸银的反应顺序
【实验用品】废水、所需化学试剂及相关的仪器，用品
【设计方案】他们设计了如图1方案（反应中其他生成物已略去）

【发现问题】小组成员分别进行了试验，在得到固体甲的同时发现：有些同学得到无色溶液乙，有些同学得到深浅不同的浅绿色溶液乙，小丹同学提出问题：那种结果能最大程度地回收金属银呢？锌与废水中那种物质先反应？
【讨论分析】小军同学认为：这个问题必须通过探究溶液乙和固体甲的组成才能回答，此观点得到了大家的赞同，经研究他们决定探究溶液乙．于是他们分成两组，第一组对无色溶液进行探究，第二组对浅绿色溶液进行探究：
（1）首先他们对溶液乙中的溶质做出了多种猜想：
第一组：1、溶质为硝酸锌   2、溶质为硝酸锌、硝酸银
第二组：3、溶质为硝酸亚铁、和

 

；4、溶质为硝酸亚铁和

 

和

 

．
（2）小悦同学思考后指出：“通过实践或推理，都能排除第一组同学提出的猜想2，从而确立猜想1是合理的”请你叙述其推理过程：

 

（3）第二组同学经过向不同的浅绿色溶液中加入一种试剂观察试验现象后得出结论，使3、4两种猜想都得以验证，请你参与到实验操作过程中并完成表格：

试验操作	试验结论和现象
取少量乙溶液于试管中，观察	若    则是   ，若   则是   ．

【交流后得出结论】
（4）当反应后溶液呈无色，溶质为

 

   或当反应后溶液呈浅绿色，溶质为

 

和

 

 时，能最大程度地回收金属银．通过探究，同学们认为：使用过量的锌，过滤后得无色溶液，是方便、快捷并确保最大程度地回收金属银的一种方法，经过观察和思考，同学们还得出了锌先和废水中

 

反应，再和

 

 反应的结论．
【探究后反思】
（5）老师评价：这种方法虽然方便、快捷，但是也有不足，请你指出他的不足：
某课外活动小组的同学对天然气燃烧后采集的气体样品中是否含有CO（假设该样品中不含除CO之外的其它能与Fe₂O₃反应的物质）和水蒸气进行探究．
[实验目的]确定气体样品中是否含有CO和水蒸气
[查阅资料]天然气的主要成分是甲烷及少量烃类和二氧化碳（CO₂）等，在空气中完全燃烧生成CO₂和H₂O，不完全燃烧时还生成CO．水的证明一般用无水硫酸铜，无水硫酸铜是一种白色固体，遇水蒸气就会变成蓝色．（气体从左端进入）
[实验仪器]

[问题]
（1）要用较简单的方法收集爆炸现场的气体样品，可选用什么方法？

 

．
（2）能确认气体样品中含有CO的现象是

 

．
（3）写出下列装置的作用B装置的作用

 

 C装置的作用

 

E装置的作用

 

．
（4）D中反应现象

 

，反应方程式

 

．
（5）将收集到的气体通过反应装置，反应后测得装置E质量增重1.1g，若用此数据计算CO的质量，你认为有可能出现偏差的原因是

 

，你认为该装置存在的缺陷

 

，改进的措施是

 

．

Answer 1

考点：实验探究物质的性质或变化规律,常见气体的检验与除杂方法,一氧化碳的化学性质,金属的化学性质,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：某研究性学习小组在综合实践活动中对某化工厂化验室排除的废水感兴趣，并对其进行了探究：
在金属活动性顺序中，越靠前的金属活动性越强，只有排在氢前的金属才可以和稀酸溶液反应生成氢气，只有前面的金属可以和排在它后面的金属从盐溶液中置换出来；一种金属和含有多种溶质的盐溶液反应时，首先置换那种最不活泼的金属．
某课外活动小组的同学对天然气燃烧后采集的气体样品中是否含有CO（假设该样品中不含除CO之外的其它能与Fe₂O₃反应的物质）和水蒸气进行探究：
本题所给信息较多，但主要是考查一氧化碳的检验，检验一氧化碳一般用还原氧化铁的方法，根据生成物来验证一氧化碳的存在，这就要除去气体中二氧化碳的干扰，除去二氧化碳用氢氧化钠溶液，检验二氧化碳要用石灰水，用一氧化碳进行实验时要进行尾气处理．
反应后测得装置E质量增重1.1g，即二氧化碳的质量是1.1g，然后根据二氧化碳的质量求CO的质量．

解答：解：某研究性学习小组在综合实践活动中对某化工厂化验室排除的废水感兴趣，并对其进行了探究：
（1）由于锌在铁和银的前面，因此无论和谁反应都会有硝酸锌生成，故答案为：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂、AgNO₃
（2）由于第一组同学研究的是无色溶液，即溶液中没有硝酸亚铁，说明硝酸亚铁中的铁元素已经全部转化成了金属铁，即在滤渣中一定有金属铁；而在过滤前，铁又能和溶液中的硝酸银反应，因此有铁就不可能有硝酸银，故答案为：若猜想2成立，说明Fe（NO₃）₂与Zn反应生成Fe，而Fe会与过滤前的溶液中AgNO₃反应，即铁和AgNO₃不可能都有，从而排除猜想2；
（3）由于第二组研究的是浅绿色溶液，即溶液中一定含有硝酸亚铁，但溶液中除了含有硝酸亚铁外，还一定会含有新生成的硝酸锌，因此只要证明是否含有硝酸银即可，可以选择一种只能够和硝酸银溶液反应而且有明显实验现象的物质就行．故答案为：

实验操作	实验现象和结论
在溶液中插入一根铜丝；或    滴加几滴稀盐酸（或其他氯化物溶液）	铜丝表面无变化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）3，铜丝表面有银白色固体析出，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3 ；或溶液无明显变化，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2，溶液中有沉淀生成，Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3

（4）根据上述分析可得，溶液为无色溶液时，溶液中只有硝酸锌；溶液为浅绿色溶液时，溶液中有硝酸亚铁和硝酸锌；在金属活动性顺序中，最活泼的金属首先和那种和它隔着远的金属的盐溶液反应，故答案为：Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂，Fe（NO₃）₂，AgNO₃，Fe（NO₃）₂
（5）由于加入过量的锌虽然把银全部置换出来了，但是置换出来的金属银中还混有金属铁和锌，为了得到纯净的银，还得消耗大量的稀硫酸，而且生成的硫酸亚铁和硫酸锌也会对环境造成一定的污染，故答案为：浪费一些锌和稀硫酸，最好能对亚铁盐和锌盐进行回收利用，又能减少污染（或其他合理答案）
 
 某课外活动小组的同学对天然气燃烧后采集的气体样品中是否含有CO（假设该样品中不含除CO之外的其它能与Fe₂O₃反应的物质）和水蒸气进行探究：
（1）收集爆炸现场的气体样品时，可用气球收集或用盛满水的集气瓶在现场把水倒掉的方法收集．
（2）能确认气体样品中含有CO的现象是D中黑色粉末变红，E中石灰水变浑浊，装置E中反应的方程式是CO₂+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+H₂O．
（3）实验小组的目的是检验现场的气体中是否含有CO和水蒸气，首先要检验水蒸气，检验水蒸气用无水硫酸铜，检验一氧化碳要根据它还原氧化铁是否生成二氧化碳，故连接顺序是先通过无水硫酸铜检验水的存在，然后用氢氧化钠溶液除去二氧化碳，用浓硫酸干燥气体，通过灼热的氧化铁，把生成的气体通过澄清石灰水，进行检验．
（4）D中反应现象红色粉末变为黑色粉末，一氧化碳与氧化铁在高温下反应生成二氧化碳和铁，其反应方程式为：3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂
（5）反应后测得装置E质量增重1.1g，即二氧化碳的质量是1.1g，然后根据二氧化碳的质量求CO的质量．
设氧化铁的质量分数为x  
  3CO+Fe₂O₃ 

高温  .

2Fe+3CO₂
 3×28              3×44
  x                  1.1g
则

3×28

3×44

=

x

1.1g

，解得x=0.7g．
因为一氧化碳有毒，从环境保护的角度考虑，要对尾气进行处理．故在F出口处将气体收集或点燃．
故答案为：
【讨论分析】（1）第二组：Zn（NO₃）₂； Zn（NO₃）₂ AgNO₃．
（2）若猜想2成立，说明Fe（NO₃）₂与Zn反应生成Fe，而Fe会与过滤前的溶液中AgNO₃反应，即铁和AgNO₃不可能都有，从而排除猜想2；
（3）

试验操作	试验结论和现象
取少量乙溶液于试管中，观察	若铜丝表面无变化 则是 Zn（NO3）2、Fe（NO3）3，若铜丝表面有银白色固体析出则是 Zn（NO3）2、Fe（NO3）2、AgNO3．

【交流后得出结论】
（4）Zn（NO₃）₂，Zn（NO₃）₂和 Fe（NO₃）₂； AgNO₃，Fe（NO₃）₂．
【探究后反思】
（5）浪费一些锌和稀硫酸，最好能对亚铁盐和锌盐进行回收利用，又能减少污染
[问题]
（1）可用气球收集或用盛满水的集气瓶在现场把水倒掉的方法收集．
（2）D中红色粉末变为黑色粉末，E中石灰水变浑浊．
（3）除去气体中二氧化碳的干扰，干燥吸水，检验是否有二氧化碳生成．
（4）红色粉末变为黑色粉末，3CO+Fe₂O₃

高温  .

2Fe+3CO₂．
（5）0.7g；装置漏气，一氧化碳有毒，从环境保护的角度考虑，要对尾气进行处理，在F出口处将气体收集或点燃．

点评：本题所给信息较多，但主要是考查一氧化碳的检验，检验一氧化碳一般用还原氧化铁的方法，根据生成物来验证一氧化碳的存在，这就要除去气体中二氧化碳的干扰，除去二氧化碳用氢氧化钠溶液，检验二氧化碳要用石灰水，用一氧化碳进行实验时要进行尾气处理．本题难度较大，主要考查了对金属活动性顺序的应用，培养学生分析问题、解决问题、灵活运用知识的能力．