Question

固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成．某研究性學(xué)習(xí)小組選用圖17中裝置（夾持儀器已略去，實驗前均已檢查裝置氣密性）探究X與過量炭粉發(fā)生反應(yīng)時，除生成CO₂外，是否還有其他氣體產(chǎn)物．
請回答：
（1）若按甲→丙→丁的順序連接裝置，則

 

（填上圖裝置代號）裝置中的儀器和試劑需稱量．開始反應(yīng)，氣體經(jīng)充分吸收后，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，可能的原因除產(chǎn)生了CO₂外的其他氣體產(chǎn)物，還可能是

 

．
（2）為使實驗測得的數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確說明問題，一些同學(xué)按乙→丁→戌的順序連接裝置進行實驗，并且加熱前先通一會兒氣體M，停止加熱后再通一會兒該氣體．
①氣體M可能是

 

（填字母）．
a．CO₂     b．H₂     c．N₂     d．CO     e．O₂
②停止加熱后再通一會兒氣體M的原因是

 

．
（3）以上兩套裝置均存在同樣的明顯缺陷是

 

．
（4）該小組同學(xué)設(shè)計實驗（如圖）將X進行轉(zhuǎn)化（每一步均反應(yīng)完全）：

①生成氣體B的化學(xué)方程式是

 

．
②將固體D投入過量稀硫酸并充分反應(yīng)后，過濾，再向濾液加入雙氧水，得黃色溶液；寫出當(dāng)加入雙氧水時溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：

 

．
③若已知固體X的質(zhì)量為7.2g，反應(yīng)中Al粉的質(zhì)量是2.7g，氣體B在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為672mL，則固體D的質(zhì)量是

 

g．

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設(shè)計

專題：實驗設(shè)計題

分析：（1）探究Fe₂O₃、CuO組成的混合物與過量炭粉發(fā)生反應(yīng)的氣體產(chǎn)物：若按甲→丙→丁的順序連接裝置，原理為根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量守恒判斷，甲中裝有Fe₂O₃、CuO、丙作為反應(yīng)的緩沖瓶，丁中二氧化碳和堿反應(yīng)生成鹽，根據(jù)甲中固體質(zhì)量變化以及丙裝置中吸收的二氧化碳的質(zhì)量進行判斷，所以需稱量裝置中的甲、丁儀器，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，可能的原因除產(chǎn)生了CO₂外的其他氣體產(chǎn)物，還可能是生成CO₂氣體殘留在裝置中；
（2）①按乙→丁→戌的順序連接裝置進行實驗，乙用硬質(zhì)玻璃管連接，說明可以通入氣體趕走裝置中的空氣，因空氣中的氧氣可以和鐵反應(yīng)，可以和碳反應(yīng)影響測定結(jié)果，選擇通入的氣體不能與碳、鐵、氧化鐵反應(yīng)；
②停止加熱后再通一會兒氣體氮氣，將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，因丁裝置吸收二氧化碳，需再通一會兒氣體氮氣，防止溶液發(fā)生倒吸；
（3）若有無色無味有毒一氧化碳生成，一氧化碳不能直接排空，要用尾氣處理裝置處理；
（4）①固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，與鋁粉發(fā)生鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)物為鐵、銅可能還有過量的鋁；加入氫氧化鈉能產(chǎn)生氣體的只有鋁，據(jù)此分析書寫化學(xué)方程式；
②固體D為鐵、銅，將固體D投入過量稀硫酸并充分反應(yīng)后，鐵和硫酸反應(yīng)，生成亞鐵離子，加入雙氧水，雙氧水氧化亞鐵離子生成鐵離子；
③固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，氣體B為氫氣，固體D為鐵、銅，據(jù)此分析計算．

解答： 解：（1）探究Fe₂O₃、CuO組成的混合物與過量炭粉發(fā)生反應(yīng)的氣體產(chǎn)物：若按甲→丙→丁的順序連接裝置，甲中減少的質(zhì)量為碳、氧元素減少的質(zhì)量，丙中增加的質(zhì)量為二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)、碳氧元素守恒，判斷出除二氧化碳外是否還有其它氣體產(chǎn)物，所以需稱量裝置中的甲、丁儀器，如果消耗碳、氧元素的質(zhì)量大于生成CO₂的質(zhì)量，有兩種可能，一是除產(chǎn)生了CO₂外，還生成其他氣體，二是生成CO₂氣體殘留在裝置中，
故答案為：甲、��；生成CO₂氣體殘留在裝置中；
（2）①碳能和二氧化碳反應(yīng)，氫氣能和氧化鐵反應(yīng)，一氧化碳可和氧化鐵反應(yīng)，氧氣能和鐵反應(yīng)，它們會影響測定結(jié)果，所以設(shè)計的實驗裝置中有空氣存在時，選擇加熱前先通入N₂排盡裝置中的空氣，
故選c；   
②該實驗是通過測定二氧化碳的質(zhì)量以及固體X中碳氧質(zhì)量變化進行對比判斷是否有其它產(chǎn)物生成，所以二氧化碳不全部進入丁裝置影響測定結(jié)果，所以需停止加熱后再通一會兒氣體氮氣，將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，因丁裝置吸收二氧化碳可能產(chǎn)生倒吸，所以需再通一會兒氣體氮氣，
故答案為：將裝置中殘留的CO₂氣體吹出，防止溶液發(fā)生倒吸；
（3）碳和金屬氧化物反應(yīng)生成二氧化碳，在高溫的條件下，若碳過量，二氧化碳和碳會生成一氧化碳，一氧化碳無色無味有毒，不能直接排空，要用尾氣處理裝置處理，
故答案為：無尾氣處理裝置；
（4）①固體粉末X由Fe₂O₃、CuO組成，與鋁粉發(fā)生鋁熱反應(yīng)，2Al+Fe₂O₃

高溫  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高溫  .

Al₂O₃+3Cu，產(chǎn)物為鐵、銅可能還有過量的鋁；加入氫氧化鈉能產(chǎn)生氣體的只有鋁，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
②固體D為鐵、銅，將固體D投入過量稀硫酸并充分反應(yīng)后，銅和稀硫酸不反應(yīng)，鐵和硫酸反應(yīng)Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑ 生成亞鐵離子，加入雙氧水，雙氧水氧化亞鐵離子2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，
故答案為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
③設(shè)7.2gFe₂O₃、CuO的物質(zhì)的量分別為X、Y，則160X+80Y=7.2，氣體B在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為672mL，為0.03mol，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO+3H₂↑，則參加鋁熱反應(yīng)剩余的鋁的物質(zhì)的量為0.02mol，反應(yīng)中Al粉的質(zhì)量是2.7g為0.1mol，則參加鋁熱反應(yīng)的鋁的物質(zhì)的量為0.1mol-0.02molk=0.08mol；根據(jù)2Al+Fe₂O₃

高溫  .

Al₂O₃+2Fe，2Al+3CuO

高溫  .

Al₂O₃+3Cu，可得2X+

2

3

Y=0.08，與160X+80Y=7.2，聯(lián)立方程組解得：X=0.003mol，Y=0.003mol，所以固體D的質(zhì)量為0.03mol×2×56g/mol+0.03mol×64g/mol=5.28g，
故答案為：5.28．

點評：本題考查了探究Fe₂O₃、CuO和碳反應(yīng)產(chǎn)物的判斷，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計、操作能力；該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，要求學(xué)生必須認(rèn)真、細(xì)致的審題，聯(lián)系所學(xué)過的知識和技能，全面細(xì)致的思考才能得出正確的結(jié)論．注意（4）③中固體D為鐵、銅，鐵的物質(zhì)的量為氧化鐵物質(zhì)的量的兩倍．