Question

（2012?連云港）一化學興趣小組對某月餅包裝盒中的“脫氧劑”很好奇，他們觀察到“脫氧劑”外包裝標注的成分為鐵粉、活性炭和氯化鈉，打開發現灰黑色的固體中還夾雜著少量紅棕色粉末．
【資料獲悉】鐵系“脫氧劑”的作用原理是利用鐵能被氧氣氧化，從而達到除氧保鮮的目的．
【教師指導】鐵被氧氣氧化最終產物為紅棕色的Fe₂O₃（其他產物忽略不計）．
【探究目的】小組同學欲探究該“脫氧劑”是否已經失效（即單質鐵是否已經完全被氧化），并測定各成分的質量分數，設計了以下探究實驗．
【實驗探究】
步驟1：小剛用磁鐵接近樣品，發現磁鐵吸引了部分黑色固體．
步驟2：稱取10.00g樣品與一燒杯中，加足量水充分攪拌溶解后，過濾，將濾渣洗滌、干燥、稱得其質量為7.28g．
步驟3：按如下裝置，將得到的7.28g固體與足量稀硫酸反應，用電子秤稱得反應前后總質量差為0.15g．

步驟4：將錐形瓶中反應后的液體過濾，并將濾渣洗滌、干燥后，稱得其質量為1.20g．
【交流討論】
（1）由步驟1得出的結論是

樣品中含有單質的鐵

．
（2）步驟2目的是

溶解樣品中氯化鈉

，檢驗該濾液中溶質的方法是

取少量濾液于試管中，滴加硝酸銀溶液，產生白色沉淀，說明溶質為氯化鈉

．
（3）步驟3中儀器A的名稱為

分液漏斗

．
小明認為0.15g差值即為H₂的質量，并由此計算出樣品中單質鐵的質量為4.20g．
小華提出在裝置的a導管處應該再連接一個盛有堿石灰的干燥管，他這樣做的理由是

防止氫氣排出時帶出一部分水，使得氫氣質量增加，減少對氫氣質量的測定產生的誤差

．
（4）如果步驟4中濾渣沒有經過洗滌，則稱得的質量

＞

1.20g（填“＞”或“=”或“＜”）
【教師指導】樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應外，還存在反應：Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產生H₂的質量計算樣品中鐵的質量不合理．實際上，樣品中單質鐵的質量應該是與酸反應消耗的鐵和與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量總和．
【學生實驗】小紅將步驟3的裝置進行了改進，重新稱取10.00g樣品進行實驗，并準確測得固體與足量稀硫酸反應前后總質量差為0.14g．
【數據處理】由于反應過程較復雜，小組同學在老師的幫助下，推算出與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量為0.56g．
【請你參與】
（1）寫出Fe₂O₃與稀硫酸反應的化學方程式．
（2）請根據以上數據，計算該樣品中各成分的質量分數．

Answer 1

分析：【交流討論】
（1）根據單質的鐵能被磁鐵吸附分析；
（2）根據氯化鈉能溶于水，鐵粉、活性炭不易溶于水，可通過加水溶解掉氯化鈉，根據氯離子的檢驗方法分析溶質的檢驗；
（3）熟悉常見儀器的名稱及用途，根據堿石灰能吸收水分進行分析；
（4）根據濾渣表面粘附少量溶質分析；
【請你參與】
（1）根據反應物、生成物及反應條件寫出反應的方程式；
（2）根據步驟2中溶解前后的質量差可知氯化鈉的質量并能求出氯化鈉的質量分數；根據步驟4中濾渣為活性炭及質量求出活性炭的質量分數；根據生成的氫氣的質量為可求出與硫酸反應的鐵的質量，再結合與Fe₂（SO₄）₃反應消耗鐵的質量，可求出鐵的質量分數，最后剩余的是氧化鐵，可知氧化鐵的質量分數．

解答：解：【交流討論】
（1）由用磁鐵接近樣品，發現磁鐵吸引了部分黑色固體，說明了樣品中含有單質的鐵；
（2）將樣品加足量水充分攪拌溶解，將樣品中的氯化鈉溶解掉了．檢驗該濾液中溶質的方法是取少量濾液于試管中，滴加硝酸銀溶液，產生白色沉淀，說明溶質為氯化鈉；
（3）儀器A的名稱為分液漏斗；在裝置的a導管處再連接一個盛有堿石灰的干燥管，堿石灰能干燥氫氣，所以，這樣做的理由是：防止氫氣排出時帶出一部分水，使得氫氣質量增加，減少對氫氣質量的測定產生的誤差；
（4）由于濾渣表面粘附少量溶質，所以，稱得的質量大于1.20g；
【請你參與】
（1）Fe₂O₃與稀硫酸反應的化學方程式是：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；
（2）由步驟2可知：氯化鈉的質量為：10.00g-7.28g=2.72g，氯化鈉的質量分數為：

2.72g

10.00g

×100%=27.2%；
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質量為：1.2g，活性炭的質量分數為：

1.2g

10.00g

×100%=12%；
設生成0.14g氫氣需要鐵的質量為x
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56             2
x            0.14g

56

2

=

x

0.14g

  
x=3.92g
樣品中鐵的質量分數為：

3.92g+0.56g

10.00g

×100%=44.8%；
所以，氧化鐵的質量分數為：1-27.2%-12%-44.8%=16%．
故答為：
【交流討論】（1）樣品中含有單質的鐵；（2）溶解樣品中氯化鈉，取少量濾液于試管中，滴加硝酸銀溶液，產生白色沉淀，說明溶質為氯化鈉；（3）分液漏斗，防止氫氣排出時帶出一部分水，使得氫氣質量增加，減少對氫氣質量的測定產生的誤差；（4）＞；
【請你參與】（1）Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；（2）氯化鈉的質量分數為27.2%，活性炭的質量分數為12%，鐵的質量分數為44.8%，氧化鐵的質量分數為16%．

點評：解答本題的關鍵是要掌握鐵的物理性質和化學性質兩方面的知識及其化學方程式的書寫方法，只有這樣才能對問題做出正確的判斷．