Question

【題目】某實驗小組模擬高爐煉鐵的化學反應原理設計了用一氧化碳還原氧化鐵的實驗裝置，如圖所示：

（提出問題）(1)實驗所用的氧化鐵完全反應后，玻璃管中剩余的黑色固體成分。

(2)反應后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質的成分。

（查閱資料）

常見鐵和鐵的氧化物	Fe	FeO	Fe2O3	Fe3O4
顏色、狀態	黑色粉末	黑色粉末	紅棕色粉末	黑色晶體
能否被磁鐵吸引	能	否	否	能

（探究1）玻璃管中剩余的黑色固體成分。

（初步驗證）玻璃管中剩余固體為黑色，能全部被磁鐵吸引。

實驗小組的同學一致認為，黑色固體不可能是FeO和Fe2O3，理由是______。

（作出猜想）黑色固體可能：a．全部是Fe；b．全部是Fe3O4；c．_______。

（設計實驗）為確定黑色固體的成分，同學們設計了下列實驗方案，請你一起參與探究活動。

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取少量黑色固體于試管中，加入_______	______	黑色固體全部是Fe3O4

（探究2）反應后由B裝置排到燒杯C中的溶液所含溶質的成分。寫出B裝置中NaOH發生反應的化學方程式：_______

（作出猜想）猜想一：溶質是Na2CO3；猜想二：溶質是_______；

（設計實驗）

實驗操作	實驗現象	實驗結論
(1)取少量溶液于試管中，加入__________；	產生白色沉淀	該反應的化學方程式為__________
(2)將(1)反應后的混合物過濾，取濾液加入________	___________	猜想一成立

（反思與交流）(1)B裝置除了吸收CO2氣體外，還有的作用是______；

(2)為了避免加熱玻璃管時可能發生爆炸，在加熱前應________。

Answer 1

【答案】 FeO、Fe2O3不能被磁鐵吸引 Fe和Fe3O4的混合物 稀鹽酸/稀硫酸 沒有氣泡產生 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O NaOH和Na2CO3 過量的CaCl2溶液 CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl 無色酚酞試液 溶液不變紅 收集多余的CO，防止污染大氣 先通CO，排盡裝置內的空氣

【解析】本題考查了一氧化碳還原氧化鐵后剩余固體成份的探究，金屬、堿、鹽的性質。掌握鐵和鐵的氧化物的性質以及尾氣的處理等知識點是解答的基礎。

探究1：初步驗證：根據表格中信息可知FeO和Fe2O3不能被磁鐵吸引，實驗中黑色粉末能被磁鐵全部吸引，說明不含這兩種物質；

作出猜想：根據剩余固體可能是鐵出可能是四氧化三鐵，還可能是二者的混合物，所以猜想c是Fe和Fe3O4的混合物；

設計實驗：若黑色固體全部是Fe3O4，黑色固體中沒有鐵，加入稀鹽酸（或稀硫酸）沒有氣泡產生；

探究2：一氧化碳與氧化鐵在高溫條件下生成鐵與二氧化碳。氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，反應的化學方程式為：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

作出猜想：氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水。如完全反應溶液中的溶質只有Na2CO3，氫氧化鈉溶液如沒有完全反應，則溶液中的溶質有NaOH和Na2CO3兩種，所以猜想二的溶質是NaOH和Na2CO3；

設計實驗：碳酸鈉能和氯化鈣反應生成白色沉淀，反應后溶液顯中性；如加入氯化鈣后溶液仍顯堿性，說明原溶液中除了碳酸鈉溶質外還含有氫氧化鈉，檢驗溶液顯堿性常用無色酚酞溶液，能使無色酚酞溶液變紅，說明溶液顯堿性；因此：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
(1)取少量溶液于試管中，加入過量的CaCl2溶液；	產生白色沉淀	該反應的化學方程式為CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
(2)將(1)反應后的混合物過濾，取濾液加入無色酚酞試液	溶液不變紅	猜想一成立

反思與交流：（1）根據尾氣中除了二氧化碳外還有一氧化碳，要進行處理，所以裝置B除了吸收二氧化碳外還有收集多余的CO，防止污染大氣；

（2）一氧化碳與空氣混合有發生爆炸的危險，實驗前要先通CO，排盡裝置內的空氣再進行加熱。