Question

某研究性學(xué)習(xí)小組探究鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的固體的組成，鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為         。
基于上述反應(yīng)所得黑色固體粉末，研究性學(xué)習(xí)小組提出下列假設(shè)并欲做實(shí)驗分析。
假設(shè)一：固體全部是Fe₃O₄
假設(shè)二：固體全部是Fe
假設(shè)三：固體是    
取鐵粉與水蒸氣反應(yīng)后的固體作為樣品，進(jìn)行如下實(shí)驗探究。
探究1：取少量樣品投入硫酸銅稀溶液中，若現(xiàn)象為     ，則假設(shè)一成立。
探究2：取1.68g樣品在純氧中灼燒后，若質(zhì)量為   g，則假設(shè)二成立。
經(jīng)過實(shí)驗探究，假設(shè)一、二都不成立。
探究3：取樣品4.00g進(jìn)行如下實(shí)驗。

B中的溶液是      ；實(shí)驗后經(jīng)測定樣品完全反應(yīng)，D中剩余固體質(zhì)量為3.36g，且測得E中沉淀質(zhì)量為6.0g，則樣品中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為      ；實(shí)驗裝置中有一明顯缺陷是      。

Answer 1

3Fe+4H₂O(g) Fe₃O₄+4H₂(2分)
假設(shè)三：Fe₃O₄和Fe的混合物(1分)
探究1：若溶液無顏色變化(1分)
探究2：2.32(2分)
探究3：飽和碳酸氫鈉溶液(1分)    58％(2分) 沒有處理尾氣裝置，尾氣中的CO將污染空氣(1分)

試題分析：
本題是一道探究性的實(shí)驗題。鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為3Fe+4H₂O(g) Fe₃O₄+4H₂
上述反應(yīng)如果鐵粉全反應(yīng)完，那么固體就是Fe₃O₄，如果鐵粉一點(diǎn)都沒反應(yīng)，那就是Fe，當(dāng)然還有鐵粉部分反應(yīng)，還剩余一部分。得到的是Fe₃O₄和Fe的混合物。為了驗證三種假設(shè)，做了以下實(shí)驗。取少量樣品投入硫酸銅稀溶液中，若為Fe₃O₄，則沒有Fe粉剩余，所以CuSO₄不反應(yīng)。若取1.68g樣品在純氧中灼燒后，樣品全是鐵粉，可以算出n(Fe)=0.03mol，則求出n(Fe₃O₄)=0.01mol，m(Fe₃O₄)= 2.32g。
若樣品是二者混合物（Fe₃O₄和Fe）：
實(shí)驗從左到右發(fā)生裝置→除雜裝置→干燥裝置→性質(zhì)檢驗裝置
CO₂與C反應(yīng)得到CO，還原Fe₃O₄得到Fe和CO₂，在通過足量Ca(OH)₂溶液檢驗和測定沉淀質(zhì)量來確CO₂的量。A裝置中產(chǎn)生CO2會帶出HCl，HCl會與D中樣品發(fā)生反應(yīng)，所以B裝置用來除去HCl氣體用飽和NaHCO₃溶液。濃硫酸在干燥后得到純凈的CO₂氣體，與碳粉反應(yīng)得到CO，在還原D中Fe₃O₄。所以D中減少的質(zhì)量就是m(O)=0.64g   n(O)=0.04mol  n(Fe₃O₄)=0.01mol  m(Fe₃O₄)=2.32g
ω(Fe₃O₄)==×100％=58％，同時可以計算這個過程中生成n(CO₂)=0.06mol。而根據(jù)m(CaCO₃)可以計算n(CO₂)=0.06mol，說明經(jīng)過碳粉后還剩余0.02mol CO₂。由于碳粉與CO₂高溫反應(yīng)產(chǎn)生CO，CO高溫還原Fe₃O₄后可能還有CO剩余，所以缺一尾氣處理裝置。因為CO不能直接排入大氣。