Question

某学校研究性学习小组，以某工厂生产过程中产生的废弃物“红色铁泥”为研究对象，探究红色物质的成分，请你参与他们的活动．
【小组讨论】同学们对“铁泥”中所含红色物质作了如下猜想：
甲同学：红色物质是铜                 乙同学：红色物质是氧化铁
丙同学：红色物质是氢氧化铁           丁同学：红色物质是氧化铁和氢氧化铁
【资料在线】①该厂“红色铁泥”主要是生产过程中使用铁触媒（一种催化剂）后的废弃物，除红色物质外，还含有通常不与酸、碱、氧气反应及受热不发生分解的物质； ②氢氧化铁受热时，会分解产生氧化铁和水．
【实验验证】为验证上述四位同学的猜想，小明、小红两位同学进行了如下实验：小明取一定量“红色铁泥”样品，加入稀硫酸，观察到有黄色溶液产生，于是得出“乙同学的猜想成立”的结论；
小红同学按下列顺序进行实验：先取适量已晒干的“红色铁泥”，称量其质量为m₁g； 再将“红色铁泥”置于坩埚中充分加热并在干燥器中冷却后，称量其质量为m₂g．
【问题讨论】请回答下列问题：
（1）其他同学一致认为，小明同学得出的“乙同学的猜想成立”的结论不合理，理由是

 

；
（2）针对小红同学的实验操作及测定的两个数据，进行分析：
①若甲同学的猜想成立，则实验中反应的化学方程式为

 

；
②若m₁=m₂，则

 

（填“甲”、“乙”或“丙”）同学的猜想成立；
【拓展应用】
应用之一：若“红色铁泥”中“红色物质是氢氧化铁”，可应用下列实验方案回收“红色铁泥”中的铁元素制得“铁红”（化学式为Fe₂O₃，是红色油漆的重要原料）：

（1）上述过程中发生了三个反应，写出其中的一个化学方程式：

 

；
（2）a、b是同一实验操作，该操作需要的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和

 

；
（3）若通过上述途径获得的“铁红”的纯度（Fe₂O₃的质量分数）不高，试分析可能的原因

 

 

（说出一点即可）．
应用之二：为了测定用以上方法制得的“铁红”的纯度，同学们又进行了下列实验探究．请你参与过程分析与交流．
查阅资料：草酸（乙二酸H₂C₂O₄）在浓H₂SO₄存在下发生下列反应：H₂C₂O₄

浓硫酸

△

CO↑+CO₂↑+H₂O
实验准备：按右图安装好实验装置：


实验数据：取10g“铁红”样品进行实验，所得实验数据有右表所示甲、乙两组：

甲组数据		乙组数据
玻璃管连同样品的质量		E装置连同药品的质量
实验前	试验后	实验前	试验后
60g	57.6g	100g	107g

分析讨论：
（1）同学们拟用纯净的CO还原“铁红”，所设计的实验装置中B、C盛放的试剂的作用依次是

 

、

 

；
（2）从环保角度看，请你提出改进该实验装置的建议

 

；
（3）从实验安全和实验操作程序看，首先要检查装置的气密性，实验开始先加热

 

（填“A”或“D”）处，实验结束时，应

 

（填“先”或“后”）停止D处的加热；
（4）同学们认为，若用乙组数据进行计算“铁红”的纯度，则实验测定结果却偏大，分析造成偏大的原因可能是

 

；
（5）请依据甲组数据，计算该“铁红”样品的纯度．（写出计算的过程）

Answer 1

分析：[问题讨论]（1）溶液中Fe³⁺呈黄色，氧化铁和氢氧化铁都能和硫酸反应，生成Fe³⁺；
（2）若为铜，则是铜在加热时与空气中的氧气反应；加热质量不变，说明是氧化铁；
应用之一：（1）主要有三个反应，氢氧化铁和盐酸反应、三氯化铁和氢氧化钠反应、氢氧化铁的加热分解；
（2）固体和溶液分离，要采用过滤操作；
（3）若纯度不高，由元素守恒，可能有损失的铁，则原因可能为红褐色固体加热不充分或操作a得到的溶液X不澄清等；
应用之二：（1）A中反应产物有二氧化碳、一氧化碳、水，在D中要CO还原氧化铁，并进行成分计算，所以要排除A中产生的二氧化碳和水；
（2）为确保氧化铁被完全反应，CO过量，有毒不能排放在空气中，要增添尾气处理装置；
（3）CO不纯，点燃可能会引起爆炸，应让CO充满整个装置，所以要先让A中反应发生，结束时为防止铁被氧化，要继续通一会CO，所以要先停止D加热；
（4）装置与外界空气相通，氢氧化钠溶液易吸收空气中CO₂；
（5）样品中氧化铁的质量可由表中甲组数据计算；铁红的纯度用氧化铁质量和样品质量来求．

解答：解：[问题讨论]（1）因为氢氧化铁和氧化铁都能和硫酸反应，形成黄色的硫酸铁溶液；
（2）铜能与氧气加热反应，而氧化铁不反应，化学方程式：2Cu+O₂

△   .

2CuO；加热质量不变，说明没有铜，故乙同学的猜想正确；
应用之一：（1）氢氧化铁和盐酸反应的化学方程式：Fe（OH）₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O
（2）因为固体和液体分离要用过滤操作，故答案为：漏斗
（3）纯度不高，说明铁没有完全转化到最终产物，可能是氧化铁加热不充分，或操作a得到的溶液X不澄清等；
应用之二：（1）A中反应产物有二氧化碳、一氧化碳、水，要净化、除杂，故装置的作用是除去一氧化碳中含有的二氧化碳、干燥一氧化碳
（2）CO有毒，过量气体不能排放在空气中，应在装置E后增添尾气处理装置（在装置E后或放一盏燃着的酒精灯；或在装置E后连接排水法收集气体的装置；或在装置E后套上气球或气囊）
（3）CO不纯，点燃可能会引起爆炸，还原结束要防止铁被氧化，所以要先产生一氧化碳，反应后还要继续通入一氧化碳至装置冷却；
（4）空气中的二氧化碳也一起被E中溶液吸收，所以会造成结果偏大；
（5）可依据化学方程式，利用量差法进行计算．写出方程并列出相应的已、未知量，得出答案．设样品中氧化铁的故答案为：
【问题讨论】（1）氢氧化铁也能和硫酸反应，形成黄色溶液（2）2Cu+O₂

△   .

2CuO  乙
之一：（1）Fe（OH）₃+3HCl=FeCl₃+3H₂O（2）漏斗（3）红褐色固体加热不充分（或操作a得到的溶液X不澄清等．只要合理即可）
应用之二：（1）除去一氧化碳中含有的二氧化碳、干燥一氧化碳（2）在装置E后增添尾
气处理装置（在装置E后或放一盏燃着的酒精灯；或在装置E后连接排水法收集气体的装置；或
在装置E后套上气球或气囊）（3）A、先（4）装置E中的氢氧化钠溶液吸收了空气中的
二氧化碳（每空均1分）
（5）质量为X，由表中甲组数据
   Fe₂O₃～3O
  160     48
   X   （60-57.6）g
160：48=X：（60-57.6）g
解得：X=8g
纯度为：

8g

10g

×100%=80%
答：其纯度为80%

点评：此题综合性很强，要根据物质的性质和题目要求，结合相应的实验操作进行解答，亚铁离子在溶液中是浅绿色的，铁离子在溶液中呈现黄色．