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3.某兴趣小组为探究“氧化铁和铜粉”混合物中铜的质量分数,称取一定质量的混合物,按照下图实验装置进行实验:

【定性分析】
(1)实验时要“先通一氧化碳气体,后加热”的目的是排尽玻璃管内的空气,防止加热时发生爆炸;以免加热发生爆炸.
(2)装置A中发生反应的方程式为3CO+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2
(3)实验装置B中的现象是石灰水变浑浊,发生反应的化学方程式为CO2+Ca(OH)2═CaCO3↓+H2O.
(4)该装置的设计有一明显不当之处,你的改进方案是将尾气点燃或用气球收集.
(5)为了防止溶液倒吸,本实验停止加热前是否要先断开A和B的连接处?不需要(填“需要”或“不需要”),理由是因为一旦断开会导致外面空气从右侧进入装置内,导致铜和铁被氧化,所以需要在一氧化碳继续通入的情况下撤酒精灯,等到完全恢复到室温后再停止通入一氧化碳,所以不会倒吸.
(6)你认为CO在停止加热后继续通的作用有防止铜单质又被氧化、防止生成的铁单质又被氧化、同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管.
【定量分析】
该兴趣小组按照科学的方案完成实验后,对充分反应后的管内固体X进行如下后续实验探究:

回答下列问题:
(7)写出固体X与稀盐酸反应的方程式:Fe+2HCl═FeCl2+H2↑.
(8)如何证明固体C已经洗涤干净?取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液,看是否变红,若不变红,说明已洗干净.
(9)有色溶液B中含有的溶质:FeCl2、HCl(填化学式).
(10)根据以上实验流程,计算原混合物“氧化铁和铜粉”中铜的质量分数为20%.

分析 根据一氧化碳还原氧化铁的步骤、注意事项解答;根据金属与酸反应规律、酸的化学性质及化学方程式进行计算分析解答.

解答 解:(1)一氧化碳具有可燃性,点燃时会可能发生爆炸,实验时要“先通一氧化碳气体,后加热”目的是排尽玻璃管内的空气,防止加热时发生爆炸;
(2)一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳,化学方程式为3CO+Fe2O3 $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2
(3)实验装置B中二氧化碳通入石灰水中生成碳酸钙沉淀和水,现象是澄清石灰水变浑浊,发生反应的化学方程式CO2+Ca(OH)2═CaCO3↓+H20;
(4)一氧化碳有剧毒,不能直接排放到空气中,故需将尾气点燃或用气球收集起来;
(5)熄灭酒精喷灯会引起试管内温度降低,导致试管内压强骤然减小,B中的水沿导管进入试管,使试管炸裂;为防止溶液倒吸需要先断开A和B的连接处;
(6)反应完成后,要先停止加热,还要通入一会一氧化碳,为防止铜单质、生成的铁单质又被氧化,同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管.
(7)反应后管内固体是铁和铜的混合物,加入过量盐酸后,铁与盐酸反应产生氢气,化学方程式为Fe+2HCl═FeCl2+H2↑;
(8)反应后溶液中的溶质是铁与盐酸反应生成的氯化亚铁和剩余的盐酸,固体C是铜,表面残留着盐酸,故可取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液,看是否变红确定是否洗涤干净;
(9)反应后溶液中的溶质是铁与盐酸反应生成的氯化亚铁和剩余的盐酸;
(10)设铁的质量为x
Fe+2HCl═FeCl2+H2
56              2
x               0.4g  
$\frac{56}{x}=\frac{2}{0.4g}$
x=11.2g    
所以氧化铁的质量为$\frac{11.2g×160}{112}$=16g,所以原混合物“氧化铁和铜粉”中铜的质量分数为$\frac{4g}{4g+16g}$×100%=20%.
故答案为:(1)排尽玻璃管内的空气,防止加热时发生爆炸;
(2)3CO+Fe2O3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe+3CO2
(3)石灰水变浑浊;CO2+Ca(OH)2═CaCO3↓+H20;
(4)将尾气点燃或用气球收集;
(5)不需要;因为一旦断开会导致外面空气从右侧进入装置内,导致铜和铁被氧化,所以需要在一氧化碳继续通入的情况下撤酒精灯,等到完全恢复到室温后再停止通入一氧化碳,所以不会倒吸.
(6)防止铜单质又被氧化;防止生成的铁单质又被氧化;同时防止石灰水倒吸炸裂玻璃管.
(7)Fe+2HCl═FeCl2+H2↑;
(8)取最后的洗涤液滴加紫色石蕊试液,看是否变红,若不变红,说明已洗干净;
(9)FeCl2、HCl;
(10)20%.

点评 化学反应前后元素质量守恒,根据铁元素质量守恒可求出氧化铁质量,进而求出铜的质量分数.

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①标签向着手心;
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A.离子     B.分子C.元素D.单质
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