Question

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樣品于一燒杯中，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：如圖，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

樣品中含有單質鐵

．
（2）步驟2的目的為了推測出“脫氧劑”含有

NaCl

（填物質的化學式），其質量為

2.72g

．
（3）步驟3中儀器A的名稱為

錐形瓶

．
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（氧化鈣和氫氧化鈉固體的混合物）的干燥管，他這樣做的目的是

除去H₂中混有的水蒸氣，減少對氫氣質量的測定產生的誤差

．
（4）步驟4中濾渣是

C

（填化學式），如果沒有經過洗滌，則稱得的質量

＞

1.20g（填“＞”、“＜”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，計算樣品中Fe₂O₃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引分析；
（2）根據氯化鈉能溶于水，鐵粉、活性炭不易溶于水分析溶解后溶液中的溶質及質量；
（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）根據溶解劑反應后剩余的物質分析濾渣的成分及沒有經過洗滌濾渣表面粘附少量溶質分析影響；
【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為 2.72g；根據步驟4中濾渣為活性炭可知質量為1.2g；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，可求出鐵的總質量，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，減少的質量就是氯化鈉的質量為：10.00g-7.28g=2.72g；
（3）儀器A的名稱為錐形瓶；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：除去H₂中混有的水蒸氣減少對氫氣質量的測定產生的誤差；
（4）經過水的溶解劑稀硫酸的反應后只有活性炭的剩余，故濾渣是活性炭；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；     
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質量為：1.2g；                  
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

x

=

2

0.14g

x=3.92g
樣品中鐵的質量為：3.92g+0.56g=4.48g
則氧化鐵的質量為：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化鐵的質量分數為：

1.6g

10.00g

×100%=16%．
故答案為：【交流討論】
（1）樣品中有單質鐵存在；
（2）NaCl； 2.72g；
（3）錐形瓶；   除去H₂中混有的水蒸氣，減少對氫氣質量的測定產生的誤差；
（4）C；＞；
【請你參與】
（1）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；     
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質量為：1.2g；                  
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

x

=

2

0.14g

x=3.92g
樣品中鐵的質量為：3.92g+0.56g=4.48g
則氧化鐵的質量為：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化鐵的質量分數為：

1.6g

10.00g

×100%=16%．

點評：本題是有關“脫氧劑”的探究，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并結合信息給與的數據，只有這樣才能對問題做出正確的判斷，難度較大．