某興趣小組在復習鐵的冶煉時,在參考資料上發(fā)現以下一段文字:已知在不同的溫度下,CO與鐵的氧化物反應能生成另一種鐵的氧化物(或鐵單質)和CO
2.他們不禁產生了疑問:課本上冊124頁的實驗中,CO與Fe
2O
3反應生成的黑色物質真的是Fe粉嗎?于是他們進行了以下探究.
[查閱資料]
資料一:Fe粉和Fe
3O
4粉末能被磁鐵吸引而FeO(黑色)不能;
資料二:Fe
3O
4中鐵元素有+2、+3兩種化合價,其化學式可用FeO?Fe
2O
3 的形式表示;
[提出猜想]黑色物質可能是Fe
3O
4、FeO和Fe粉中的一種或幾種.
[進行實驗]興趣小組收集了CO與Fe
2O
3反應生成的黑色物質進行了下列實驗:
| 實驗方案 | 實驗現象 |
甲 | 取少量黑色物質用磁鐵吸引 | 黑色物質全部被磁鐵吸引 |
乙 | 取少量黑色物質加入30%熱的鹽酸中 | 無氣泡、溶液顏色變成黃綠色 |
丙 | 取少量黑色物質加入硫酸銅溶液中 | 無任何現象 |
[實驗結論]
(1)甲實驗現象說明黑色物質中沒有______,乙、丙實驗現象說明黑色物質中沒有______;
(2)生成的黑色物質應為Fe
3O
4;
(3)寫出黑色粉末和熱的鹽酸反應的化學方程式______;
[拓展探究]同學們對Fe
3O
4產生了興趣,從參考資料中找到了氧化沉淀法生產復印用高檔Fe
3O
4粉的工藝流程簡圖.
[生產流程]
[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/℃ | | 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受氧氣氧化反應原理為:4Fe(OH)
2+2H
2O+O
2=4Fe(OH)
3資料三:獲得Fe
3O
4的反應原理為: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)生反應的化學方程式______.
(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率最高,則上述流程中產生的Fe(OH)
2和Fe(OH)
3的最佳質量比為______.
(5)副產品P是硫酸鈉,由溶液N獲得該副產品的操作順序是b→______→______→d.
a.過濾 b.加熱濃縮 c.冷卻結晶 d.晶體加熱至完全失去結晶水
[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,同學們又進行了下列實驗探究.
[查閱資料]
資料一:難溶性堿受熱時能分解產生金屬氧化物和水(反應中各種元素的化合價不變);
資料二:Fe
2O
3和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的,先生成Fe
3O
4,再生成FeO(黑色),最后生成Fe;
[提出猜想]Fe
3O
4中可能含有的雜質是Fe
2O
3和FeO中的一種或兩種.
[實驗設計]同學們稱取了23.28g該Fe
3O
4樣品進行了下列實驗:
[實驗分析]因探究思路不同,興趣小組分成甲、乙兩小組.
甲組:
(1)該組同學欲通過B裝置反應前后的質量變化來計算確認該Fe
3O
4樣品中的雜質.
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)上述實驗過程中,CO氣體除作為反應物外,能起到的作用是:
①實驗開始時,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;
在本實驗中,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過程中A裝置中玻璃管內的固體質量隨溫度的變化曲線(如圖)
(1)寫出BC段發(fā)生反應的化學方程式:______ 3FeO+CO
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