Question

某NaHCO₃樣品中混入了少量FeO、CuO、Fe₂O₃雜質(zhì)．
I．某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明樣品中含有FeO．除樣品外，實(shí)驗(yàn)室只提供以下試劑：①KMnO₄溶液、②稀硫酸、③KSCN溶液、④NaOH溶液、⑤雙氧水．你認(rèn)為要完成該實(shí)驗(yàn)所選擇的試劑最好是

 

．
Ⅱ．測(cè)定混合物中NaHCO₃的含量
實(shí)驗(yàn)室可用多種方法測(cè)出上述樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．現(xiàn)有學(xué)生小組準(zhǔn)備用如圖各裝置按一定順序連接成一套完整的組合裝置來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以測(cè)定NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

請(qǐng)根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：
（1）裝置的連接順序是

 

（填字母，每個(gè)裝置只能用一次）
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要持續(xù)通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”A、D中反應(yīng)物達(dá)到充分反應(yīng)外，還有一個(gè)重要作用是

 

（3）下列各項(xiàng)措施中，能提高測(cè)定準(zhǔn)確度的是

 

（填標(biāo)號(hào)）
a．在加入鹽酸之前，應(yīng)該排盡裝置內(nèi)的CO₂氣體
b．快速加入鹽酸
c．在B中裝入濃硫酸
d．在B中裝入NaOH溶液
e．D之后增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置
（4）實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確稱(chēng)取10.0g固體樣品裝入D中，充分反應(yīng)后，測(cè)得A中沉淀質(zhì)量為19.7g，則樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

（5）樣品中的Fe²⁺有較強(qiáng)的還原性，配平下列反應(yīng)的離子方程式并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
①

 

FeO+

 

HNO₃=

 

Fe（NO₃）₃+

 

NO↑+

 

H₂O
若該反應(yīng)中有0.3mol還原劑參加反應(yīng)，則生成NO物質(zhì)的量為

 

mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為

 

mol．
②

 

Fe²⁺+

 

ClO₂+

 

=

 

Fe³⁺+

 

Cl^-+

 

H₂O
上述反應(yīng)中若將ClO₂改為氯水，等物質(zhì)的量的Fe²⁺完全反應(yīng)，生成的Cl^-

 

（填“增多”“減小”或“不變”）．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專(zhuān)題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Ⅰ．若要證明混入了少量FeO、CuO、Fe₂O₃雜質(zhì)的NaHCO₃樣品中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強(qiáng)氧化性，可利用KMnO₄溶液褪色來(lái)證明；
Ⅱ．（1）先分析實(shí)驗(yàn)方案，利用裝置B除去空氣中的二氧化碳，然后用空氣將裝置D產(chǎn)生的二氧化碳完全趕到裝置A中，為了避免空氣中水和二氧化碳干擾，裝置A需要連接吸收二氧化碳和水的裝置，據(jù)此對(duì)裝置進(jìn)行排序；
（2）根據(jù)通入空氣還可以將碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成的二氧化碳驅(qū)趕到裝置B中分析；
（3）a、根據(jù)該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析；
b、加入的鹽酸速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致二氧化碳與氫氧化鋇溶液反應(yīng)不完全；
c、裝置B中裝入濃硫酸，濃硫酸不能夠吸收空氣中的二氧化碳，導(dǎo)致測(cè)定的二氧化碳質(zhì)量偏大；
d、B中使用氫氧化鈉溶液，目的是吸收空氣中的二氧化碳；
e、由于是通過(guò)測(cè)定碳酸鋇質(zhì)量來(lái)計(jì)算生成二氧化碳的質(zhì)量的，二氧化碳中的氯化氫不影響測(cè)定結(jié)果；
（4）裝置A中的沉淀為碳酸鋇，根據(jù)關(guān)系式和碳酸鋇的質(zhì)量計(jì)算出碳酸鈣的質(zhì)量，再計(jì)算出樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（5）①在反應(yīng)中，N元素的化合價(jià)從+5價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)升高，從+2價(jià)升高到+3價(jià)，鐵元素失電子，N元素得電子，最小公倍數(shù)是3，所以FeO的前邊系數(shù)是3，F(xiàn)e₂（NO₃）₃的前邊系數(shù)是3，HNO₃的系數(shù)是1+9=10，NO的系數(shù)是1，根據(jù)元素守恒，得到化學(xué)方程式以及電子轉(zhuǎn)移情況如下：3FeO+10HNO₃=3Fe（NO₃）₃+1NO↑+5H₂O；若該反應(yīng)中有0.3mol還原劑參加反應(yīng)即氧化亞鐵為0.3mol，則根據(jù)方程式生成NO物質(zhì)的量為0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.3×1=0.3mol；
②在反應(yīng)中，氯元素的化合價(jià)從+4價(jià)降低為-1價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)升高，從+2價(jià)升高到+3價(jià)，鐵元素失電子，氯元素得電子，最小公倍數(shù)為5，所以Fe²⁺+的前邊系數(shù)是5，F(xiàn)e³⁺的前邊系數(shù)是5，ClO₂的系數(shù)是1，Cl^-的系數(shù)是1，根據(jù)元素守恒，得到化學(xué)方程式以及電子轉(zhuǎn)移情況如下：5Fe²⁺+1ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+1Cl^-+2H₂O；若將ClO₂改為氯水，則氯元素的化合價(jià)從0價(jià)降低為-1價(jià)，變化變小，所以等物質(zhì)的量的Fe²⁺完全反應(yīng)生成的Cl^-增多；

解答： 解：Ⅰ．若要證明混入了少量FeO、CuO、Fe₂O₃雜質(zhì)的NaHCO₃樣品中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強(qiáng)氧化性，可使KMnO₄溶液褪色，則選擇試劑為稀硫酸、KMnO₄溶液；故答案為：①②；
Ⅱ．（1）測(cè)定樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)只有NaHCO₃與鹽酸產(chǎn)生的二氧化碳，二氧化碳再與氫氧化鋇生成的碳酸鋇沉淀的質(zhì)量計(jì)算出二氧化碳的質(zhì)量，從而計(jì)算其N(xiāo)aHCO₃的質(zhì)量，再根據(jù)樣品質(zhì)量計(jì)算出的NaHCO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)，儀器連接順序?yàn)椋合葘⒖諝馔ㄈ胧⒂袣溲趸�鈉溶液的裝置B，以便除去空氣中的二氧化碳，然后利用空氣將裝置D中產(chǎn)生的二氧化碳驅(qū)趕到裝置A，利用二氧化碳與氫氧化鋇生成的碳酸鋇沉淀的質(zhì)量計(jì)算出二氧化碳的質(zhì)量，從而計(jì)算其N(xiāo)aHCO₃的質(zhì)量，由于空氣中的二氧化碳、水蒸氣影響測(cè)定結(jié)果，需要在裝置A后連接一個(gè)吸收二氧化碳、水蒸氣的裝置C，所以裝置連接順序?yàn)椋築DAC，
故答案為：BDAC；
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要持續(xù)通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”A、D中反應(yīng)物達(dá)到充分反應(yīng)外，還可以使反應(yīng)生成的二氧化碳盡可能徹底的趕入裝置A中，使反應(yīng)生成的二氧化碳能夠被氫氧化鋇溶液完全吸收，故答案為：將反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂氣體盡可能徹底的趕入裝置A中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
（3）a、該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量來(lái)計(jì)算樣品中氧化鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的，在加入鹽酸之前，應(yīng)該排盡裝置內(nèi)的CO₂氣體，避免裝置中的二氧化碳影響測(cè)定結(jié)果，故a正確；
b、若加入的鹽酸速度過(guò)快，二氧化碳與氫氧化鋇溶液反應(yīng)不完全，導(dǎo)致測(cè)定的二氧化碳的質(zhì)量偏低，樣品中碳酸鈣的質(zhì)量偏小，影響了測(cè)定結(jié)果，故b錯(cuò)誤；
c、若裝置B中裝入濃硫酸，由于濃硫酸不能夠吸收二氧化碳，導(dǎo)致空氣中的二氧化碳被氫氧化鋇溶液吸收，導(dǎo)致測(cè)定的二氧化碳質(zhì)量偏大，應(yīng)該使用氫氧化鈉溶液，故c錯(cuò)誤；
d、裝置B中盛有氫氧化鈉溶液，目的是為了吸收空氣中的二氧化碳，避免空氣中的二氧化碳影響測(cè)定結(jié)果，故d正確；
e、由于該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)定碳酸鋇質(zhì)量來(lái)計(jì)算生成二氧化碳的質(zhì)量，二氧化碳中的氯化氫不影響測(cè)定結(jié)果，沒(méi)有必要在D之后增添盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置，故e錯(cuò)誤；
故選ad；
（4）由NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑、CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O可知，NaHCO₃～BaCO₃，
設(shè)碳酸鈣的質(zhì)量為x，
NaHCO₃→BaCO₃，
84      197
 x    19.7g
解得：x=8.4g，樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

8.4

10

×100%=84%，
故答案為：84%；
（5）①在反應(yīng)中，N元素的化合價(jià)從+5價(jià)降低為+2價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)升高，從+2價(jià)升高到+3價(jià)，鐵元素失電子，N元素得電子，最小公倍數(shù)是3，所以FeO的前邊系數(shù)是3，F(xiàn)e₂（NO₃）₃的前邊系數(shù)是3，HNO₃的系數(shù)是1+9=10，NO的系數(shù)是1，根據(jù)元素守恒，得到化學(xué)方程式以及電子轉(zhuǎn)移情況如下：3FeO+10HNO₃=3Fe（NO₃）₃+1NO↑+5H₂O；若該反應(yīng)中有0.3mol還原劑參加反應(yīng)即氧化亞鐵為0.3mol，則根據(jù)方程式生成NO物質(zhì)的量為0.1mol，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.3×1=0.3mol；
故答案為：3；10；3；1；5；0.1mol；0.3mol；
②在反應(yīng)中，氯元素的化合價(jià)從+4價(jià)降低為-1價(jià)，F(xiàn)e元素的化合價(jià)升高，從+2價(jià)升高到+3價(jià)，鐵元素失電子，氯元素得電子，最小公倍數(shù)為5，所以Fe²⁺+的前邊系數(shù)是5，F(xiàn)e³⁺的前邊系數(shù)是5，ClO₂的系數(shù)是1，Cl^-的系數(shù)是1，根據(jù)元素守恒，得到化學(xué)方程式以及電子轉(zhuǎn)移情況如下：5Fe²⁺+1ClO₂+4H⁺=5Fe³⁺+1Cl^-+2H₂O；若將ClO₂改為氯水，則氯元素的化合價(jià)從0價(jià)降低為-1價(jià)，變化變小，所以等物質(zhì)的量的Fe²⁺完全反應(yīng)生成的Cl^-增多，故答案為：5；1；4H⁺；5；1；2；增多；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了測(cè)定物質(zhì)的組成，題目難度較大，涉及的內(nèi)容較多，注意明確亞鐵離子具有還原性是檢驗(yàn)氧化亞鐵存在的關(guān)鍵，注意根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論的關(guān)系來(lái)解答，本題在注重對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)訓(xùn)練和檢驗(yàn)的同時(shí)，側(cè)重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)答題能力的培養(yǎng)和方法與技巧的指導(dǎo)和訓(xùn)練，有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和應(yīng)試能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)．