Question

【題目】某Fe3O4樣品中中可能含有的雜質是Fe2O3和FeO其中的一種。為探究雜質

的情況設計如下方案：

【實驗設計】同學們稱取了34.92g該Fe3O4樣品用圖一進行了下列實驗：

【實驗分析】因探究思路不同，興趣小組分成甲、乙兩個討論小組。

甲組：（1）B裝置中盛的是氫氧化鈉溶液，吸收生成的二氧化碳（2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O），B中帶孔玻璃球泡的作用是________________________________________。

（2）上述實驗過程中，CO的作用有____________________（填序號）

①CO氣體作為反應物

②實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸

③停止加熱后，防止A中生成物被氧化

④停止加熱后防止B中的溶液倒吸入A中

⑤對B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應液充分接觸而反應

乙組：乙組同學認為B裝置反應前后的質量差會偏小而影響計算、分析，你認為他們

的理由是__________________________________________________；改進為：在B裝置后接一盛有濃硫酸的吸水裝置，將B和該裝置“捆綁”稱量，從而減小誤差。

【查閱資料】Fe2O3和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe3O4，再生成FeO

（黑色），最后生成Fe；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（見下圖二）。

（1）寫出BC段發(fā)生反應的化學方程式：_______________________；

（2）確定：該Fe3O4樣品中含有的雜質是____________________， 其中含Fe3O4的質量是__g，（不需要寫出過程

（已知Fe3O4、FeO、Fe2O3中鐵元素質量分數分別為72.4%、77.8%、70.0%）

Answer 1

【答案】（1）增大氣體與液體的接觸面積，使反應更充分

（2）①②③④⑤ ；乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣；

【查閱資料】 （1）Fe3O4+CO 3FeO+CO2（2）Fe2O3 31.32g

【解析】

試題分析：（1）二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應，為了保證把二氧化碳全部除盡，故要增大二氧化碳氣體與氫氧化鈉溶液的接觸面積，使反應更充分；

（2）上述實驗過程中，CO氣體除作為反應物外，還能起到的作用是：實驗開始時，排盡裝置中的空氣，防止加熱時發(fā)生爆炸；停止加熱后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；將裝置中的CO2送入NaOH溶液中；對B中反應物起到一定的攪拌作用，便于CO2與反應液充分接觸而反；故順序是①②③④⑤；

乙組：CO從B中溶液里逸出時會帶出部分水蒸氣，而影響計算樣品中雜質的質量；

【查閱資料】

根據資料：（1）“Fe2O3和CO反應是隨溫度升高而逐步進行的，先生成Fe3O4，再生成FeO，最后生成Fe”，故AB端生成的是氧化鐵，BC端生成的是氧化亞鐵，故反應的化學方程式為： Fe3O4+CO 3FeO+CO2；

（2）到700℃時只剩下鐵，即此時氧化鐵被一氧化碳還原為鐵單質．則混合物中鐵元素的質量分數=25.2g／34.92g×100%=72.16%，而Fe3O4鐵元素的質量分數=168／232 ×100%=72.4%，FeO鐵元素的質量分數=56／72×100%≈77.8% ；Fe2O3鐵元素的質量分數=112／160×100%=70%；所以該Fe3O4樣品中含有的雜質是Fe2O3 ；設混合物中含Fe3O4的質量為x ，x×168／232 ×100%+（34.92-x）×112／160×100%=25.20g

解得：x=31.32g