Question

13．如圖1是“XX牌貼身暖寶寶”使用說明書，小王等同學閱讀了使用說明后，對它的成分和發(fā)熱原理產(chǎn)生了興趣，和同學們一起進行了實驗探究．
（1）袋內(nèi)物質(zhì)中含有的金屬元素至少有2種，其外袋材料屬于合成（填“無機非金屬”、“合成”或“復合”）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．
【設計實驗】：

	實驗操作	實驗現(xiàn)象	解釋或結論
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袋溫度無明顯變化．	“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內(nèi)物質(zhì)與O2接觸．
步驟2	24小時后，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)部分溶解，有氣泡產(chǎn)生，淺綠色溶液．	用化學方程式表示產(chǎn)生黃色溶液的反應： Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
得出結論：“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)，加入過量稀鹽酸，充分反應后過濾，洗滌、烘干濾渣．為進一步驗證黑色濾渣的成分，小王和小李同學分別設計了甲、乙兩個如圖2所示的裝置，點燃濾渣，用澄清石灰水驗證產(chǎn)物，你認為甲圖的裝置結論更可靠，理由是乙方案酒精燃燒生成的CO₂會干擾實驗．
同學們分析鐵生銹是一個緩慢氧化的過程，“暖寶寶”放熱現(xiàn)象之所以很明顯是因為：①鐵呈粉末狀，活性炭有吸附性，使鐵能與氧氣、水等接觸充分；②氯化鈉能加快鐵生銹；
（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)立即進行實驗．
【實驗方法】：取樣品m g，利用如圖丙所示裝置與藥品，測反應后生成氣體的體積．
【實驗步驟】：
①連接儀器，檢查裝置氣密性；
②將實驗所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管（水準管中水不會溢出）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．在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強過大，可將水準管下移（填“上提”或“下移”）．
④等恢復至室溫，并調(diào)節(jié)量氣管與水準管兩邊液面相平后，再次記錄量氣管刻度；
【數(shù)據(jù)處理】：
若實驗條件下，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)量分數(shù)的表達式為$\frac{28dv}{m}$×100%．
【交流討論】：利用丙裝置，即使操作無失誤，測量結果仍會偏大，原因是滴入燒瓶內(nèi)的稀硫酸占一定體積，小王重新設計了一個如圖丁的實驗裝置，利用該裝置實驗時，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，充分反應后，右側針筒中氣體的讀數(shù)為V₂ mL，則反應生成的氫氣的體積為V₂-V₁ 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)立即進行實驗．
【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
【實驗記錄】：
【實驗結論】：經(jīng)該實驗測定，新產(chǎn)品的配料中碳粉和鐵粉的質(zhì)量比為1.9：7.28，該片已有破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質(zhì)的質(zhì)量為6.16 g．

Answer 1

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容易發(fā)生化學反應，反應過程中放出熱量，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)反應物和生成物及其質(zhì)量守恒定律可以正確的書寫化學方程式．保存“暖寶寶”取暖貼時不要使外袋破損，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)實驗的干擾因素分析，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)促進鐵生銹的因素分析；
（3）①根據(jù)制取氣體的注意事項分析；
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，通過化學方程式的計算求鐵的質(zhì)量，進一步可求出鐵的質(zhì)量分數(shù)；
【交流討論】
根據(jù)實驗中的操作及反應原理分析；
（4）【實驗結論】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，塑料屬于有機合成材料；
（2）【設計實驗】
A袋中的物質(zhì)與空氣接觸，只有鐵常溫能與氧氣反應放出熱量，生成鐵銹（主要成分是Fe₂O₃），F(xiàn)e₂O₃與稀鹽酸反應生成氯化鐵和水，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，活性炭和鹽酸不反應的原理，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驗結果，故甲裝置圖得出的結論更可靠；
①利用活性炭的吸附性可吸收空氣中的氧氣和水；
②氯化鈉也是促進鐵粉生銹的因素之一；
（3）①實驗開始前必須先檢查裝置的氣密性；
③在實驗過程中，若燒瓶和量氣管內(nèi)氣體壓強過大，可將水準管下移，減小燒瓶和量氣管內(nèi)的壓強；
④根據(jù)連通器的原理可以知道，為了使實驗結果準確，應該移動調(diào)節(jié)水準管和量氣管中的液面相平后才能讀數(shù)；
【數(shù)據(jù)處理】
解：設鐵粉的質(zhì)量為X
    Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
    56            2
    X             dv
$\frac{56}{2}$=$\frac{2}{dv}$   
解得：X=28dv
鐵的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{28dv}{m}$×100%
【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，從而使得測定結果偏高；使用丁裝置產(chǎn)生氣體的體積應該等于注射器內(nèi)氣體的體積減去滴加的硫酸的體積；
（4）【實驗結論】根據(jù)反應流程可知碳粉的質(zhì)量為1.9g，鐵粉的質(zhì)量為：10.4g×$\frac{112}{160}$×100%=7.28g  碳粉和鐵粉的質(zhì)量比為：1.9g：7.28g=95：364；
解：設生成0.2g氫氣參加反應鐵粉的質(zhì)量為x
 Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
 56            2
 X             0.2g      
$\frac{56}{X}$=$\frac{2}{0.2g}$   
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，則參加反應鐵單質(zhì)的質(zhì)量為1.68g×$\frac{1}{3}$=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會干擾實驗   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)量氣管與水準管兩邊液面相平；$\frac{28dv}{m}$×100%
    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

點評 典型聯(lián)系生活實際的問題，考查的知識點清晰，注重了知識點之間的鏈接．