Question

固体粉末X由Fe₂O₃、CuO组成．某研究性学习小组选用图1中装置（夹持仪器已略去，实验前均已检查装置气密性）探究X与过量炭粉发生反应时，除生成CO₂外，是否还有其他气体产物．

请回答：
（1）若按甲→丙→丁的顺序连接装置，则

 

（填上图装置代号）装置中的仪器和试剂需称量．开始反应，气体经充分吸收后，分析数据发现，消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，可能的原因除产生了CO₂外的其他气体产物，还可能是

 

．
（2）为使实验测得的数据更能准确说明问题，一些同学按乙→丁→戊的顺序连接装置进行实验，并且加热前先通一会儿氮气，停止加热后再通一会儿氮气．停止加热后再通一会儿氮气的原因是

 

．
（3）以上两套装置均存在的同样的明显缺陷是

 

．
（4）该小组同学设计实验（如图2）将X进行转化（每一步均反应完全）：

①生成气体B的化学方程式是

 

．
②将固体D投入过量稀硫酸并充分反应后，过滤，再向滤液加入双氧水，得黄色溶液．写出当加入双氧水时溶液中发生反应的离子方程式：

 

．
③若已知固体X的质量为7.2g，反应中Al粉的质量是2.7g，气体B在标准状况下的体积为672mL，则固体D的质量是

 

g．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量

专题：

分析：（1）分析数据发现，消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，则需要称量反应前X和炭粉质量，反应后X和炭粉质量，前后质量差为减少的碳和氧元素的质量，反应生成二氧化碳的质量则可根据氢氧化钠增重得到；装置甲和丙中有二氧化碳没有进入丁装置被氢氧化钠溶液吸收；
（2）根据前后两次通入氮气的时间和减小实验误差角度及防倒吸角度来分析；
（3）气体制备或性质实验，要有尾气处理装置；
（4）Fe₂O₃、CuO和铝在高温下发生铝热反应生成铁、铜和氧化铝，故固体A可能为铁、铜和氧化铝的混合物，加入足量氢氧化钠，有气体产生，铁、铜和氢氧化钠不反应，故A中还有剩余铝，故铝热反应中铝过量，X全部被还原，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，根据数据利用原子守恒计算．

解答： 解：（1）分析数据发现，消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，则需要称量反应前X和炭粉质量，反应后X和炭粉质量，前后质量差为减少的碳和氧元素的质量，反应生成二氧化碳的质量则可根据氢氧化钠增重得到；
因按甲→丙→丁的顺序连接装置，故需称量的装置为：甲、丁；根据质量守恒，消耗碳、氧元素的质量等于装置甲+装置丙+装置丁中二氧化碳的质量，装置甲和丙中有二氧化碳没有进入丁装置被氢氧化钠溶液吸收，故测得消耗碳、氧元素的质量大于生成CO₂的质量，
故答案为：甲、丁；生成CO₂气体残留在装置中；
（2）如果不排尽空气，那么空气中的氧气会与炭粉反应影响反应后生成气体的组成，所以利用稳定的氮气排空气，最后确保生成的二氧化碳完全吸收，反应后还要赶出所有的CO₂，停止加热，装置内温度降低，压强变小，易发生倒吸现象，通入氮气可防止倒吸，
故答案为：将装置中残留的CO₂气体吹出；防止溶液发生倒吸；
（3）气体制备或性质实验，要有尾气处理装置，此实验中，过量的炭粉和二氧化碳反应生成一氧化碳，一氧化碳有毒，可污染空气，必须有尾气处理装置，故答案为：无尾气处理装置；
（4）Fe₂O₃、CuO和铝在高温下发生铝热反应生成铁、铜和氧化铝，故固体A可能为铁、铜和氧化铝的混合物，加入足量氢氧化钠，有气体产生，铁、铜和氢氧化钠不反应，故A中还有剩余铝，故铝热反应中铝过量，X全部被还原，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和水，固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，
①根据以上分析，铝热反应中铝过量，铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的方程式为：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，故答案为：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑；
②固体D为铁和铜的混合物，在铁和铜中加入过量稀硫酸，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铜不反应，生成的亚铁离子具有还原性，可被过氧化氢氧化，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③气体B为氢气，在标准状况下的体积为672mL，则物质的量为：

0.672L

22.4L/mol

=0.03mol，根据反应方程式：
2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑可知，和氢氧化钠反应的铝为：0.02mol，参与铝热反应的铝为：

2.7g

27g/mol

-0.02mol=0.08mol，形成氧化铝结合氧为：0.08mol×

3

2

=0.12mol，氧化铝中氧全来自X，故X中铁和铜的质量为：7.2g-0.12mol×16g/mol=5.28g，故答案为：5.28．

点评：本题是一道综合型的实验知识题目，考查学生分析和解决问题的能力，（4）难度较大，关键是根据和氢氧化钠反应产生气体，判断铝热反应中铝过量，计算D的质量时，运用了原子守恒，避免了列方程组的繁琐．