Question

3．某實驗小組模擬高爐煉鐵的化學反應原理設計了用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖所示：
【提出問題】1．實驗所用的氧化鐵完全反應后，玻璃管中剩余的黑色固體成分．
2、反應后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分．
【查閱資料】

常見鐵和鐵的氧化物	Fe	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態(tài)	黑色粉末	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	能	否	否	能

【探究1】玻璃管中剩余的黑色固體成分．
【初步驗證】玻璃管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引．
實驗小組的同學一致認為，黑色固體不可能是FeO和Fe₂O₃，理由是二者不能被磁鐵吸引．
【作出猜想】黑色固體可能：a．全部是Fe；b．全部是Fe₃O₄；c．Fe和Fe₃O₄的混合物．
【設計實驗】為確定黑色固體的成分，同學們設計了下列實驗方案，請你一起參與探究活動．

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
取少量黑色固體于試管中，加入足量稀硫酸	固體全部溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生	黑色固體全部是Fe3O4

【探究2】反應后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質(zhì)的成分．
寫出B裝置中NaOH發(fā)生反應的化學方程式：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O
【作出猜想】猜想一：溶質(zhì)是Na₂CO₃；猜想二：溶質(zhì)是Na₂CO₃和NaOH；
【設計實驗】

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
（1）取少量溶液于試管中，加入CaCl2溶液；	產(chǎn)生白色沉淀	該反應的化學方程式為 Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl
（2）將（1）反應后的混合物過濾，取濾液加入無色酚酞	溶液不變色	猜想一成立

【反思與交流】（1）B裝置除了吸收CO₂氣體外，還有的作用是收集未反應完的一氧化碳氣體，防止污染；
（2）為了避免加熱玻璃管時可能發(fā)生爆炸，在加熱前應通一氧化碳排凈裝置中的空氣．

Answer 1

分析 【初步驗證】根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知FeO和Fe₂O₃不能被磁鐵吸引，據(jù)此進行分析；
【作出猜想】根據(jù)剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物，據(jù)此進行分析；
【設計實驗】根據(jù)鐵和四氧化三鐵都能與酸反應但現(xiàn)象不同進行分析；
【探究2】根據(jù)堿與非金屬氧化物反應生成鹽和水分析；
【作出猜想】根據(jù)氫氧化鈉溶液如沒有完全反應，則溶液中的溶質(zhì)有氫氧化鈉和碳酸鈉兩種分析；
【設計實驗】根據(jù)碳酸鈉能和氯化鈣反應生成白色沉淀，反應后溶液顯中性分析；
【反思與交流】根據(jù)尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進行處理分析；一氧化碳與空氣混合有發(fā)生爆炸的危險，實驗前要先通一氧化碳一段時間后再進行加熱．

解答 解：【初步驗證】根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可知FeO和Fe₂O₃不能被磁鐵吸引，實驗中黑色粉末能被磁鐵全部吸引，說明不含這兩種物質(zhì)；
【作出猜想】根據(jù)剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物；
【設計實驗】根據(jù)鐵和四氧化三鐵都能與酸反應，但現(xiàn)象不同，根據(jù)結(jié)論固體全部是四氧化三鐵，沒有鐵，則加入稀硫酸后固體溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生；
【探究2】氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，據(jù)此書寫化學方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【作出猜想】氫氧化鈉溶液如沒有完全反應，則溶液中的溶質(zhì)有氫氧化鈉和碳酸鈉兩種，如完全反應溶液中的溶質(zhì)只有碳酸鈉；
【設計實驗】碳酸鈉能和氯化鈣反應生成白色沉淀，反應后溶液顯中性；如加入氯化鈣后溶液仍顯堿性，說明原溶液中除了碳酸鈉溶質(zhì)外還含有氫氧化鈉，檢驗溶液顯堿性常用無色酚酞溶液，能使無色酚酞溶液變紅，說明溶液顯堿性；
【反思與交流】根據(jù)尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進行處理，所以裝置B除了吸收二氧化碳外還有收集尾氣，防止污染的作用；
一氧化碳與空氣混合有發(fā)生爆炸的危險，實驗前要先通一氧化碳一段時間后再進行加熱．
故答案為：【初步驗證】二者不能被磁鐵吸引；
【作出猜想】Fe和Fe₃O₄的混合物；
【設計實驗】足量稀硫酸；固體全部溶解，且沒有氣泡產(chǎn)生；
【探究2】2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【作出猜想】Na₂CO₃和NaOH；
【設計實驗】CaCl₂溶液；Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；無色酚酞；溶液不變色；
【反思與交流】收集未反應完的一氧化碳氣體，防止污染；通一氧化碳排凈裝置中的空氣．

點評 此題考查了一氧化碳還原氧化鐵后剩余固體成份的探究，掌握鐵和鐵的氧化物的性質(zhì)以及尾氣的處理等知識點是解答的關鍵．