某興趣小組在復(fù)習(xí)鐵的冶煉時,在參考資料上發(fā)現(xiàn)以下一段文字:已知在不同的溫度下,CO與鐵的氧化物反應(yīng)能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質(zhì))和CO2.他們不禁產(chǎn)生了疑問:課本上冊124頁的實(shí)驗(yàn)中,CO與Fe2O3反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)真的是Fe粉嗎?于是他們進(jìn)行了以下探究.
[查閱資料]
資料一:Fe粉和Fe3O4粉末能被磁鐵吸引而FeO(黑色)不能;
資料二:Fe3O4中鐵元素有+2、+3兩種化合價,其化學(xué)式可用FeO?Fe2O3 的形式表示;
[提出猜想]黑色物質(zhì)可能是Fe3O4、FeO和Fe粉中的一種或幾種.
[進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]興趣小組收集了CO與Fe2O3反應(yīng)生成的黑色物質(zhì)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):
| 實(shí)驗(yàn)方案 | 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 |
甲 | 取少量黑色物質(zhì)用磁鐵吸引 | 黑色物質(zhì)全部被磁鐵吸引 |
乙 | 取少量黑色物質(zhì)加入30%熱的鹽酸中 | 無氣泡、溶液顏色變成黃綠色 |
丙 | 取少量黑色物質(zhì)加入硫酸銅溶液中 | 無任何現(xiàn)象 |
[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]
(1)甲實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有________,乙、丙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明黑色物質(zhì)中沒有________;
(2)生成的黑色物質(zhì)應(yīng)為Fe
3O
4;
(3)寫出黑色粉末和熱的鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式________;
[拓展探究]同學(xué)們對Fe
3O
4產(chǎn)生了興趣,從參考資料中找到了氧化沉淀法生產(chǎn)復(fù)印用高檔Fe
3O
4粉的工藝流程簡圖.
[生產(chǎn)流程]
[查閱資料]
資料一:硫酸亞鐵在不同溫度下的溶解度如表所示:
溫度/℃ | 0 | 10 | 30 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
溶解度/g | 14.0 | 17.0 | 25.0 | 33.0 | 35.3 | 33.0 | 30.5 | 27.0 |
資料二:Fe(OH)
2受氧氣氧化反應(yīng)原理為:4Fe(OH)
2+2H
2O+O
2=4Fe(OH)
3資料三:獲得Fe
3O
4的反應(yīng)原理為:Fe(OH)
2+2Fe(OH)
3Fe
3O
4+4H
2O
[問題討論]
(1)溶解時,用50℃至80℃的熱水目的是________.
(2)寫出加入適量NaOH溶液時發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式________.
(3)上述過程中,要控制“通一定量空氣”的目的是________.
(4)要使四氧化三鐵的產(chǎn)率最高,則上述流程中產(chǎn)生的Fe(OH)
2和Fe(OH)
3的最佳質(zhì)量比為________.
(5)副產(chǎn)品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產(chǎn)品的操作順序是b→________→________→d.
a.過濾 b.加熱濃縮 c.冷卻結(jié)晶 d.晶體加熱至完全失去結(jié)晶水
[組成確定]為確定用以上方法制得的四氧化三鐵中可能含有的雜質(zhì),同學(xué)們又進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)探究.
[查閱資料]
資料一:難溶性堿受熱時能分解產(chǎn)生金屬氧化物和水(反應(yīng)中各種元素的化合價不變);
資料二:Fe
2O
3和CO反應(yīng)是隨溫度升高而逐步進(jìn)行的,先生成Fe
3O
4,再生成FeO(黑色),最后生成Fe;
[提出猜想]Fe
3O
4中可能含有的雜質(zhì)是Fe
2O
3和FeO中的一種或兩種.
[實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]同學(xué)們稱取了23.28g該Fe
3O
4樣品進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn):
[實(shí)驗(yàn)分析]因探究思路不同,興趣小組分成甲、乙兩小組.
甲組:
(1)該組同學(xué)欲通過B裝置反應(yīng)前后的質(zhì)量變化來計(jì)算確認(rèn)該Fe
3O
4樣品中的雜質(zhì).
B中的最佳試劑是________(填序號)
①澄清石灰水 ②氫氧化鈉濃溶液 ③稀鹽酸 ④水
(2)上述實(shí)驗(yàn)過程中,CO氣體除作為反應(yīng)物外,能起到的作用是:
①實(shí)驗(yàn)開始時,排盡裝置中的空氣,防止________;
②停止加熱后,繼續(xù)通CO氣體,防止________,以及B中的溶液倒吸入A中;
在本實(shí)驗(yàn)中,CO氣體還能起到的作用是③________.
(3)尾氣如何處理?________.
乙組:
利用儀器測定并繪制成反應(yīng)過程中A裝置中玻璃管內(nèi)的固體質(zhì)量隨溫度的變化曲線(如圖)
(1)寫出BC段發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式:________;
(2)通過分析計(jì)算確定:該Fe
3O
4樣品中含有的雜質(zhì)是________.(不需要寫過程)