Question

一化學(xué)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(fā)現(xiàn)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(dǎo)】鐵被氧氣氧化最終產(chǎn)物為紅棕色的Fe₂O₃（其他產(chǎn)物忽略不計）．
【探究目的】小組同學(xué)欲探究該“脫氧劑”是否已經(jīng)失效（即單質(zhì)鐵是否已經(jīng)完全被氧化），并測定各成分的質(zhì)量分數(shù)，設(shè)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(fā)現(xiàn)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(zhì)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(yīng)，用電子秤稱得反應(yīng)前后總質(zhì)量差為0.15g．
步驟4：將錐形瓶中反應(yīng)后的液體過濾，并將濾渣洗滌、干燥后，稱得其質(zhì)量為1.20g．
【交流討論】
（1）由步驟1得出的結(jié)論是

樣品中含有單質(zhì)鐵

．
（2）步驟2的目的為了推測出“脫氧劑”含有

NaCl

（填物質(zhì)的化學(xué)式），其質(zhì)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(zhì)量，并由此計算出樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量為4.20g．
小華提出在裝置的a導(dǎo)管處應(yīng)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(zhì)量的測定產(chǎn)生的誤差

．
（4）步驟4中濾渣是

C

（填化學(xué)式），如果沒有經(jīng)過洗滌，則稱得的質(zhì)量

＞

1.20g（填“＞”、“＜”或“=”）．
【教師指導(dǎo)】樣品在稀硫酸中除了Fe、Fe₂O₃分別能與稀硫酸反應(yīng)外，還存在反應(yīng)：
Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄．因此，小明用產(chǎn)生H₂的質(zhì)量計算樣品中鐵的質(zhì)量不合理．實際上，樣品中單質(zhì)鐵的質(zhì)量應(yīng)該是與酸反應(yīng)消耗的鐵和與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量總和．
【學(xué)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(yīng)前后總質(zhì)量差為0.14g．
【數(shù)據(jù)處理】由于反應(yīng)過程較復(fù)雜，小組同學(xué)在老師的幫助下，推算出與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量為0.56g．
【請你參與】
（1）寫出Fe₂O₃與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式．
（2）請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)．

Answer 1

分析：【交流討論】
（1）根據(jù)單質(zhì)的鐵能被磁鐵吸引分析；
（2）根據(jù)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(zhì)及質(zhì)量；
（3）熟悉常見儀器的名稱及用途；根據(jù)堿石灰能吸收水分進行分析；
（4）根據(jù)溶解劑反應(yīng)后剩余的物質(zhì)分析濾渣的成分及沒有經(jīng)過洗滌濾渣表面粘附少量溶質(zhì)分析影響；
【請你參與】
（1）根據(jù)反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件寫出反應(yīng)的方程式；
（2）根據(jù)步驟2中溶解前后的質(zhì)量差可知氯化鈉的質(zhì)量為 2.72g；根據(jù)步驟4中濾渣為活性炭可知質(zhì)量為1.2g；根據(jù)生成的氫氣的質(zhì)量為可求出與硫酸反應(yīng)的鐵的質(zhì)量，再結(jié)合與Fe₂（SO₄）₃反應(yīng)消耗鐵的質(zhì)量，可求出鐵的總質(zhì)量，最后剩余的是氧化鐵，可知氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)．

解答：解：【交流討論】
（1）由用磁鐵接近樣品，發(fā)現(xiàn)磁鐵吸引了部分黑色固體，說明了樣品中含有單質(zhì)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(zhì)量就是氯化鈉的質(zhì)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(dǎo)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(zhì)量的測定產(chǎn)生的誤差；
（4）經(jīng)過水的溶解劑稀硫酸的反應(yīng)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(zhì)，所以，稱得的質(zhì)量大于1.20g；
【請你參與】
（1）Fe₂O₃與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式是：Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂ （SO₄） ₃+3H₂O；
（2）由步驟2可知：氯化鈉的質(zhì)量為：10.00g-7.28g=2.72g；     
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質(zhì)量為：1.2g；                  
設(shè)生成0.14g氫氣需要鐵的質(zhì)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(zhì)量為：3.92g+0.56g=4.48g
則氧化鐵的質(zhì)量為：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為：

1.6g

10.00g

×100%=16%．
故答案為：【交流討論】
（1）樣品中有單質(zhì)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(zhì)量的測定產(chǎn)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(zhì)量為：10.00g-7.28g=2.72g；     
由步驟4可知：濾渣為活性炭，質(zhì)量為：1.2g；                  
設(shè)生成0.14g氫氣需要鐵的質(zhì)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(zhì)量為：3.92g+0.56g=4.48g
則氧化鐵的質(zhì)量為：10.00g-2.72g-1.2g-4.48g=1.6g                                               
所以，氧化鐵的質(zhì)量分數(shù)為：

1.6g

10.00g

×100%=16%．

點評：本題是有關(guān)“脫氧劑”的探究，解答本題的關(guān)鍵是要掌握鐵的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面的知識及其化學(xué)方程式的書寫方法并結(jié)合信息給與的數(shù)據(jù)，只有這樣才能對問題做出正確的判斷，難度較大．