Question

为确定用以上方法制得的四氧化三铁中可能含有的杂质，同学们又进行了下列实验探究。

[查阅资料]

资料一：难溶性碱受热时能分解产生金属氧化物和水(反应中各种元素的化合价不变)；

资料二：氧化铁和一氧化碳反应是随温度升高而逐步进行的，先生成四氧化三铁，再生成氧化亚铁(黑色)，最后生成铁。

[提出猜想]

四氧化三铁中可能含有的杂质是氧化铁和氧化亚铁中的一种或两种。

[实验设计]

同学们称取了23.28 g该四氧化三铁样品进行了下列实验：

[实验分析]

因探究思路不同，兴趣小组分成甲、乙两小组。

甲组：

(1)该组同学欲通过B装置反应前后的质量变化来计算确认该四氧化三铁样品中的杂质，B中的最佳试剂是___(填序号)。

①澄清石灰水　②氢氧化钠浓溶液　③稀盐酸　　④水

(2)上述实验过程中，一氧化碳气体除作为反应物外，还能起到的作用是：①实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；②停止加热后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；③____。

(3)乙组同学认为B装置反应前后的质量差会偏小而影响计算、分析，你认为他们的理由是____。

乙组：利用仪器测定并绘制成反应过程中A装置中玻璃管内的固体质量随温度的变化曲线(如图)：

(1)写出BC段发生反应的化学方程式____________。

(2)通过计算确定：该四氧化三铁样品中含有的杂质是_____，其中含四氧化三铁的质量是__g。(不需要写过程)

Answer

② 将装置中的二氧化碳通入氢氧化钠溶液中 一氧化碳从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气 Fe3O4＋CO3FeO＋CO2 氧化铁 20.88 g

【解析】

根据实验目的及装置图分析装置中应该选用的试剂；根据CO的性质及在整个实验过程中的作用分析解答；根据题给信息分析中可能产物结合图表数据分析各步反应；根据图示数据及各组成的质量分数计算分析样品可能杂质及含量。

甲组：（1）氢氧化钙的溶解性很小，不能保证把生成的二氧化碳全部吸收；二氧化碳溶解水的能力也不大，不能保证把生成的二氧化碳全部吸收；稀盐酸和二氧化碳不反应；只有氢氧化钠溶液保证把生成的二氧化碳全部吸收，故选用氢氧化钠浓溶液，故答案为：②；

（2）上述实验过程中，一氧化碳气体除作为反应物外，还能起到的作用是：

①实验开始时，排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸；

②停止加热后，防止A中生成物被氧化，B中的溶液倒吸入A中；

③将装置中的二氧化碳通入氢氧化钠溶液中；

故答案为：将装置中的二氧化碳通入氢氧化钠溶液中；

（3）一氧化碳从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气，使B增重的质量偏小，从而影响计算样品中杂质的质量，故答案为一氧化碳从B中溶液里逸出时会带出部分水蒸气；

乙组：（1）根据资料二：氧化铁和一氧化碳反应是随温度升高而逐步进行的，先生成四氧化三铁，再生成氧化亚铁(黑色)，最后生成铁分析知：AB段先生成四氧化三铁，BC段生成氧化亚铁，CD段生成铁，所以BC段发生反应的化学方程式：Fe3O4＋CO3FeO＋CO2；

（2）到700 ℃时只剩下铁，即此时氧化铁被一氧化碳还原为铁单质，混合物中铁元素的质量分数＝ =72.16%，四氧化三铁铁元素的质量分数＝＝72.4%；氧化亚铁铁元素的质量分数＝≈77.8%；氧化铁铁元素的质量分数＝=70%，所以该四氧化三铁样品中含有的杂质是氧化铁；设混合物中含四氧化三铁的质量为x，则，x＝20.88g，故答案为：氧化铁；20.88 g。