Question

如表是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書，小王等同學(xué)閱讀了使用說明后，對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣，和同學(xué)們一起進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究．

品名	XX牌貼身暖寶寶
成分	帶內(nèi)物質(zhì)：鐵粉、水、活性炭、食鹽等
內(nèi)袋材料	微孔透氣無紡布
外袋材料	不透氣塑料
用法	臨使用前，打開外袋取出內(nèi)袋，直接貼在衣服上． 打開外袋后保持溫暖12小時(shí)

（1）袋內(nèi)物質(zhì)中含有的金屬元素至少有

 

種，其外袋材料屬于

 

（填“無機(jī)非金屬”、“合成”或“復(fù)合”）材料．
（2）初步探究成分及發(fā)熱原理】
【提出問題】“暖寶寶”為什么能發(fā)熱？
【做出猜想】“暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉氧化（即生銹）的過程．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】

	實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	解釋或結(jié)論
步驟1	取A、B兩袋“暖寶寶”，將A袋按使用說明打開外袋取出內(nèi)袋；而B袋不打開外袋．并將兩袋樣品放置在同樣的環(huán)境中．	A袋的“暖寶寶”溫度很快上升；B袋溫度   ．	“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內(nèi)物質(zhì)與   接觸．
步驟2	24小時(shí)后，分別剪開A、B兩袋，各取少量袋內(nèi)物質(zhì)于兩支試管中，分別加入適量稀鹽酸．	A袋內(nèi)物質(zhì)部分溶解，產(chǎn)生黃色溶液；B袋內(nèi)物質(zhì)   ．	用化學(xué)方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應(yīng)
得出結(jié)論】“暖寶寶”發(fā)出的熱量主要來自鐵粉發(fā)生氧化（生銹）的過程．

【繼續(xù)探究】小王和同學(xué)們想繼續(xù)探究“暖寶寶”發(fā)熱后，剩余物質(zhì)中是否還含有活性炭，他們?nèi)∵m量A袋內(nèi)物質(zhì)于燒杯內(nèi)，加入過量

 

，充分反應(yīng)后過濾，洗滌、烘干濾渣．為進(jìn)一步驗(yàn)證黑色濾渣的成分，小王和小李同學(xué)分別設(shè)計(jì)了甲、乙兩個(gè)如圖所示的裝置，點(diǎn)燃濾渣，用澄清石灰水驗(yàn)證產(chǎn)物，你認(rèn)為

 

圖的裝置結(jié)論更可靠，理由是

 

．同學(xué)們分析鐵生銹是一個(gè)緩慢氧化的過程，“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因?yàn)椋?br />①鐵呈粉末狀，活性炭有

 

性，使鐵能與氧氣、水等接觸充分；
②

 

；
（3）【測定“暖寶寶”中的含鐵量】
取一片包裝完好的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
【實(shí)驗(yàn)方法】取樣品m g，利用如圖丙所示裝置與藥品，測反應(yīng)后生成氣體的體積．
【實(shí)驗(yàn)步驟】
①連接儀器，

 

；
②將實(shí)驗(yàn)所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管初始刻度；
③打開分液漏斗活塞，加入足量稀硫酸至不再有氣泡冒出．在實(shí)驗(yàn)過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大，可將水準(zhǔn)管

 

（填“上提”或“下移”）．
④等恢復(fù)至室溫，并

 

后，再次記錄量氣管刻度；
【數(shù)據(jù)處理】
若實(shí)驗(yàn)條件下，氫氣的密度為d g/mL，測得氫氣體積為v mL．則該“暖寶寶”中鐵粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為

 

．
【交流討論】
利用丙裝置，即使操作無失誤，測量結(jié)果仍會偏大，原因是

 

，小王重新設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖丁的實(shí)驗(yàn)裝置，利用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，在氣密性良好的前提下，如果往錐形瓶中注入的稀硫酸體積為V₁mL，充分反應(yīng)后，右側(cè)針筒中氣體的讀數(shù)為V₂ mL，則反應(yīng)生成的氫氣的體積為

 

 mL．
（4）【測定“暖寶寶”中的鐵、碳質(zhì)量比】
小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內(nèi)物質(zhì)立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
【查閱資料】
①2Fe（OH）₃ 

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
②Fe+2FeCl₃=3FeCl₂
③在HCl和FeCl₃的混合溶液中Fe先與FeCl₃反應(yīng)
【實(shí)驗(yàn)記錄】

【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】經(jīng)該實(shí)驗(yàn)測定，新產(chǎn)品的配料中碳粉和鐵粉的質(zhì)量比為

 

，該片已有破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為

 

 g．

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗(yàn)與除雜方法,金屬銹蝕的條件及其防護(hù),酸的化學(xué)性質(zhì),碳單質(zhì)的物理性質(zhì)及用途,書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式,合成材料的使用及其對人和環(huán)境的影響

專題：科學(xué)探究

分析：（1）根據(jù)暖寶袋內(nèi)成分的組成元素分析；根據(jù)塑料制品屬于合成材料分析；
（2）鐵在與氧氣和水充分接觸時(shí)容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過程中放出熱量，從而使得“暖寶寶”為人體提供熱量．鐵在只有水沒有氧氣存在的情況下不容易生銹．根據(jù)反應(yīng)物和生成物及其質(zhì)量守恒定律可以正確的書寫化學(xué)方程式．保存“暖寶寶”取暖貼時(shí)不要使外袋破損，保持包裝的氣密性，以防失效．
【繼續(xù)探究】根據(jù)鐵的性質(zhì)分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的干擾因素分析，從排除干擾的方面解答；
①根據(jù)活性炭的用途分析；
②根據(jù)促進(jìn)鐵生銹的因素分析；
（3）①根據(jù)制取氣體的注意事項(xiàng)分析；
③④根據(jù)連通器的原理分析；
【數(shù)據(jù)處理】
根據(jù)氫氣的體積可求出氫氣的質(zhì)量，根據(jù)氫氣的質(zhì)量，通過化學(xué)方程式的計(jì)算求鐵的質(zhì)量，進(jìn)一步可求出鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
【交流討論】
根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的操作及反應(yīng)原理分析；
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)氧化鐵的質(zhì)量可求出鐵的質(zhì)量，黑色懸浮物為碳粉；求出與氯化鐵反應(yīng)的單質(zhì)鐵的質(zhì)量加上生成0.2g氫氣的質(zhì)量即可．

解答：解：（1）由袋內(nèi)物質(zhì)含有鐵粉和食鹽可知貼身暖寶寶袋內(nèi)物質(zhì)中含有的金屬元素為鐵元素和鈉元素；貼身暖寶寶外袋材料為不透氣塑料，塑料屬于有機(jī)合成材料；
（2）【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
A袋中的物質(zhì)與空氣接觸，只有鐵常溫能與氧氣反應(yīng)放出熱量，生成鐵銹（主要成分是Fe₂O₃），F(xiàn)e₂O₃與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和水，氯化鐵的溶液呈黃色；B袋沒有打開外袋，鐵粉沒有與氧氣接觸，不能發(fā)生緩慢氧化，故溫度無明顯變化，加入鹽酸，鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣，氯化亞鐵的溶液呈淺綠色．
【繼續(xù)探究】根據(jù)鐵與鹽酸反應(yīng)，活性炭和鹽酸不反應(yīng)的原理，加入過量的稀鹽酸除去鐵粉；根據(jù)活性炭燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳，可用澄清的石灰水檢驗(yàn)二氧化碳的產(chǎn)生，乙圖中酒精燃燒也會產(chǎn)生二氧化碳會干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故甲裝置圖得出的結(jié)論更可靠；
①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水；
②氯化鈉也是促進(jìn)鐵粉生銹的因素之一；
（3）①實(shí)驗(yàn)開始前必須先檢查裝置的氣密性；
③在實(shí)驗(yàn)過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強(qiáng)過大，可將水準(zhǔn)管下移，減小燒瓶和量氣管內(nèi)的壓強(qiáng)；
④根據(jù)連通器的原理可以知道，為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)該移動(dòng)調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管和量氣管中的液面相平后才能讀數(shù)；
【數(shù)據(jù)處理】
解：設(shè)鐵粉的質(zhì)量為X
    Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
    56            2
    X             dv
       

56

2

=

X

dv

    解得：X=28dv
鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

28dv

m

【交流討論】
丙裝置加入的硫酸占據(jù)了一定的空間，使測得的氣體的體積偏大，從而使得測定結(jié)果偏高；使用丁裝置產(chǎn)生氣體的體積應(yīng)該等于注射器內(nèi)氣體的體積減去滴加的硫酸的體積；
（4）【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】根據(jù)反應(yīng)流程可知碳粉的質(zhì)量為1.9g，鐵粉的質(zhì)量為：10.4g×

112

160

×100%=7.28g  碳粉和鐵粉的質(zhì)量比為：1.9g：7.28g=95：364；
解：設(shè)生成0.2g氫氣參加反應(yīng)鐵粉的質(zhì)量為x
 Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
 56            2
 X             0.2g      

56

2

=

x

0.2g

    x=5.6g   
則剩余鐵元素的質(zhì)量為7.28g-5.6g=1.68g，這1.68g的鐵元素發(fā)生了以下反應(yīng)Fe+2FeCl₃=3FeCl₂
即鐵單質(zhì)與氯化鐵中鐵元素的質(zhì)量比是1：2，則參加反應(yīng)鐵單質(zhì)的質(zhì)量為1.68g×

1

3

=0.56g，則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為5.6g+0.56g=6.16g；
故答案為：
（1）2       合成
（2）無明顯變化    O₂ （或空氣）       部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，淺綠色溶液
Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O
稀鹽酸   甲    乙方案酒精燃燒生成的CO₂會干擾實(shí)驗(yàn)   吸附   氯化鈉能加快鐵生銹
（3）檢查裝置氣密性   下移   調(diào)節(jié)量氣管與水準(zhǔn)管兩邊液面相平   

28dv

m

    滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積      V₂-V₁
（4）1.9：7.28  （或95：364）6.16 g

點(diǎn)評：典型聯(lián)系生活實(shí)際的問題，考查的知識點(diǎn)清晰，注重了知識點(diǎn)之間的鏈接．