Question

7．金属、氧化物、酸、碱、盐是初中化学所学的重要知识．某探究小组每天都有新的探究认为和发现．
（1）第一天的任务及发现：某小组同学发现实验室的铁钉部分生锈，其原因是铁钉与空气中的水蒸气和氧气同时接触．有细心的同学发现，铁在空气中锈蚀后质量会增加，有同学认为该反应不遵循质量守恒定律．这个结论是否正确？为什么？
（2）第二天的任务及发现：小明同学取氧化铜与稀硫酸反应，测定反应后溶液中溶质的成分，提出以下猜想：
猜想1：CuSO₄；
猜想2：CuSO₄、H₂SO₄．
小组同学向溶液中加入NaOH溶液，边滴加边搅拌，该过程中出现的现象为开始时无明显现象，一会儿后产生蓝色沉淀，通过验证猜想2成立．
（3）第三天的任务及发现：同学们将含有CuSO₄、ZnSO₄和FeSO₄的废液倒在废液缸里，如果将废液直接排放就会造成水污染．于是几位同学利用课余时间出来废液，回收工业重要原料硫酸锌和有关金属．实验过程如图所示：

请回答：
①操作Ⅳ的名称是过滤；
②固体B的化学式为Fe；
③写出步骤a其中一个反应的化学方程式Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，或Zn+FeSO₄═ZnSO₄+Fe．
（4）将7g从废旧电池外壳收集起来的锌片（杂质不溶于水且稀硫酸不反应），加入盛有98g稀硫酸的烧杯中，恰好完全反应后，称得烧杯内物质的总质量为104.8g．试计算：反应后所得溶液中溶质的质量分数（精确到0.1%）．

Answer 1

分析 （1）铁和水、氧气同时接触时容易生锈；
化学反应遵循质量守恒定律；
（2）氧化铜和稀硫酸反应生成硫酸铜和水；
稀硫酸和氢氧化钠反应生成硫酸钠和水，硫酸铜和氢氧化钠反应生成蓝色沉淀氢氧化铜和硫酸钠；
（3）锌比铁活泼，铁比铜活泼；
铁能够被磁铁吸引；
（4）锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，反应前后的质量差即为反应生成氢气的质量，根据氢气的质量可以计算生成硫酸锌的质量，进一步可以计算反应后所得溶液中溶质的质量分数．

解答 解：（1）实验室的铁钉部分生锈，其原因是铁钉与空气中的水蒸气和氧气同时接触；
铁在空气中锈蚀后质量会增加，是因为铁和空气中的水、氧气发生了反应，因此质量增加，遵循质量守恒定律，该结论不正确．
故答案为：铁钉与空气中的水蒸气和氧气同时接触；不正确，因为铁与空气中的水和氧气发生了反应．
（2）反应后溶液中溶质的成分可能是CuSO₄；也可能是CuSO₄、H₂SO₄；
向溶液中加入NaOH溶液，边滴加边搅拌，该过程中出现的现象为开始时无明显现象，一会儿后产生蓝色沉淀，通过验证猜想2成立．
故填：CuSO₄、H₂SO₄；开始时无明显现象，一会儿后产生蓝色沉淀．
（3）①操作Ⅳ的名称是过滤，通过过滤可以把固体和液体分离；
②固体B的化学式为Fe；Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，或Zn+FeSO₄═ZnSO₄+Fe
③步骤a中，锌和硫酸铜反应生成硫酸锌和铜，和硫酸亚铁反应生成硫酸锌和铁，反应的化学方程式为：Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，或Zn+FeSO₄═ZnSO₄+Fe．
故填：过滤；Fe；Zn+CuSO₄═ZnSO₄+Cu，或Zn+FeSO₄═ZnSO₄+Fe．
（4）设锌的质量为x，生成硫酸锌的质量为y，
反应生成氢气的质量为：7g+98g-104.8g=0.2g，
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑，
65        161   2
x          y   0.2g
$\frac{65}{x}$=$\frac{161}{y}$=$\frac{2}{0.2g}$，
x=6.5g，y=16.1g，
杂质质量为：7g-6.5g=0.5g，
反应后所得溶液中溶质的质量分数为：$\frac{16.1g}{104.8g-0.5g}$×100%=15.4%，
答：反应后所得溶液中溶质的质量分数为15.4%．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．