Question

（2012•连云港）一化学兴趣小组对某月饼包装盒中的“脱氧剂”很好奇，他们观察到“脱氧剂”外包装标注的成分为铁粉、活性炭和氯化钠，打开发现灰黑色的固体中还夹杂着少量红棕色粉末．

【资料获悉】铁系“脱氧剂”的作用原理是利用铁能被氧气氧化，从而达到除氧保鲜的目的．

【教师指导】铁被氧气氧化最终产物为红棕色的Fe₂O₃（其他产物忽略不计）．

【探究目的】小组同学欲探究该“脱氧剂”是否已经失效（即单质铁是否已经完全被氧化），并测定各成分的质量分数，设计了以下探究实验．

【实验探究】

步骤1：小刚用磁铁接近样品，发现磁铁吸引了部分黑色固体．

步骤2：称取10.00g样品与一烧杯中，加足量水充分搅拌溶解后，过滤，将滤渣洗涤、干燥、称得其质量为7.28g．

步骤3：按如下装置，将得到的7.28g固体与足量稀硫酸反应，用电子秤称得反应前后总质量差为0.15g．

步骤4：将锥形瓶中反应后的液体过滤，并将滤渣洗涤、干燥后，称得其质量为1.20g．

【交流讨论】

（1）由步骤1得出的结论是         ．

（2）步骤2目的是　溶解样品中氯化钠　，检验该滤液中溶质的方法是                            ．

（3）步骤3中仪器A的名称为                   ．

小明认为0.15g差值即为H₂的质量，并由此计算出样品中单质铁的质量为4.20g．

小华提出在装置的a导管处应该再连接一个盛有碱石灰的干燥管，他这样做的理由是                ．

（4）如果步骤4中滤渣没有经过洗涤，则称得的质量       1.20g（填“＞”或“=”或“＜”）

【教师指导】样品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分别能与稀硫酸反应外，还存在反应：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用产生H₂的质量计算样品中铁的质量不合理．实际上，样品中单质铁的质量应该是与酸反应消耗的铁和与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量总和．

【学生实验】小红将步骤3的装置进行了改进，重新称取10.00g样品进行实验，并准确测得固体与足量稀硫酸反应前后总质量差为0.14g．

【数据处理】由于反应过程较复杂，小组同学在老师的帮助下，推算出与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量为0.56g．

【请你参与】

（1）写出Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式．

（2）请根据以上数据，计算该样品中各成分的质量分数．

 

Answer 1

【答案】

【交流讨论】（1）样品中含有单质的铁；（2）溶解样品中氯化钠，取少量滤液于试管中，滴加硝酸银溶液，产生白色沉淀，说明溶质为氯化钠；（3）分液漏斗，减少对氢气质量的测定产生的误差；（4）＞；

【请你参与】（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；（2）氯化钠的质量分数为27.2%，活性炭的质量分数为12%，铁的质量分数为44.8%，氧化铁的质量分数为16%

【解析】【交流讨论】

（1）由用磁铁接近样品，发现磁铁吸引了部分黑色固体，说明了样品中含有单质的铁；

（2）将样品加足量水充分搅拌溶解，将样品中的氯化钠溶解掉了．检验该滤液中溶质的方法是取少量滤液于试管中，滴加硝酸银溶液，产生白色沉淀，说明溶质为氯化钠；

（3）仪器A的名称为分液漏斗；在装置的a导管处再连接一个盛有碱石灰的干燥管，碱石灰能干燥氢气，所以，这样做的理由是：减少对氢气质量的测定产生的误差；

（4）由于滤渣表面粘附少量溶质，所以，称得的质量大于1.20g；

【请你参与】

（1）Fe₂O₃与稀硫酸反应的化学方程式是：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；

（2）由步骤2可知：氯化钠的质量为：10.00g﹣7.28g=2.72g，氯化钠的质量分数为：×100%=27.2%；

由步骤4可知：滤渣为活性炭，质量为：1.2g，活性炭的质量分数为：×100%=12%；

设生成0.14g氢气需要贴的质量为x

Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑

56             2

x            0.14g

x=3.92g

样品中铁的质量分数为：×100%=44.8%；

所以，氧化铁的质量分数为：1﹣27.2%﹣12%﹣44.8%=16%