Question

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】①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．铁被氧气氧化最终产物为红棕色的Fe₂O₃（其他产物忽略不计）．
②Fe₂O₃+3H₂SO₄═Fe₂（SO₄）₃+3H₂O；Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．
③“碱石灰的干燥管”可以用来干燥氧气、氢气等气体．
【探究目的】小组同学欲探究该“脱氧剂”是否已经失效，并测定10.00g样品各成分的质量，设计了以下探究实验．
【实验探究】（假设所有操作没有损失）
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样品于一烧杯中，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8.32g．
步骤3：按如图装置，将得到的8.32g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0.11g．
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．
步骤5：分析测算步骤4中所得滤液得知：滤液中溶质是硫酸和硫酸亚铁，且最后分离出16.72g硫酸亚铁．
【交流讨论】
（1）由步骤1得出的结论是

“脱氧剂”没有失效

．
（2）步骤2目的是

除去氯化钠，并间接测得氯化钠的质量

．
（3）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“＜”）
（4）小刚认为0.11g差值即为H₂的质量，并由此计算出样品中单质铁的质量为3.08g．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

除去H₂中混有的水蒸气

（5）小华还认真分析题中所给资料，他认为用产生H2的质量计算样品中铁的质量不合理．其理由是：

样品中的铁，除了与稀硫酸反应生成H₂外，还有一部分铁与硫酸铁溶液反应

．
【学生实验】小华将步骤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0.1g．
（6）请根据以上数据，计算10g该样品中各成分的质量．（只写出结果）

Answer 1

分析：（1）根据单质的铁能被磁铁吸附分析；
（2）根据氯化钠能溶于水，铁粉、活性炭不易溶于水，可通过加水溶解掉氯化钠；
（3）根据滤渣表面粘附少量溶质分析；
（4）碱石灰可以吸收水分；
（5）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．
（6）根据步骤2中溶解前后的质量差可知氯化钠的质量；根据步骤4中滤渣为活性炭及质量；根据生成的氢气的质量为可求出与硫酸反应的铁的质量，再结合与Fe₂（SO₄）₃反应消耗铁的质量，可求出铁的质量，最后剩余的是氧化铁，可知氧化铁的质量．

解答：解：（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，即“脱氧剂”没有失效．故填：“脱氧剂”没有失效；
（2）将样品加足量水充分搅拌溶解，将样品中的氯化钠溶解．而没有溶解的物质是铁粉、活性炭，它们的质量是8.32g，则氯化钠的质量是10.00g-8.32g=1.68g．
故填：除去氯化钠，并间接测得氯化钠的质量；
（3）由于滤渣表面粘附少量溶质，所以，称得的质量大于1.20g；故填：＞；
（4）因为氧化铁与稀硫酸反应有水生成，所以应该在装置的a导管处应该再连接一个盛有碱石灰的干燥管，从而除去H₂中的水蒸气．故填：除去H₂中混有的水蒸气
（5）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．
故填：样品中的铁，除了与稀硫酸反应生成H₂外，还有一部分铁与硫酸铁溶液反应；
（6）由步骤2可知：氯化钠的质量为：10.00g-8.32g=1.68g，即氯化钠的质量是1.68g．
由步骤4可知：滤渣为活性炭，质量为：1.20g．
设生成0.1g氢气需要铁的质量为x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.1g

56

x

=

2g

0.1g

，
x=2.8g，
即样品中铁的质量是2.8g．
所以，氧化铁的质量是：10.00g-1.68g-1.20g-2.8g=4.32g．
答：氯化钠的质量是1.68g；活性炭的质量是1.20g；铁的质量是2.8g；氧化铁的质量是4.32g．

点评：解答本题的关键是要掌握铁的物理性质和化学性质两方面的知识及其化学方程式的书写方法，只有这样才能对问题做出正确的判断．