探究性问题探讨四

探究性问题探讨四
——重要金属及化合物性质
1、某教科书对“铝热反应”实验的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光”，“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。

已知：Al、Fe的熔点、沸点数据如下：
物质Al Fe
熔点（℃）660 1535
沸点（℃）2467 2750
（1）某同学猜测，铝热反应所得到的熔融物是铁铝合金。

理由是：该反应放热能使铁熔化，而铝的熔点比铁低，所以铁和铝能形成合金。

你认为他的解释是否合理？
（填“合理”或“不合理”）。

（2）根据已有知识找出一种验证产物中有Fe的最简单
．．方法：。

所用试剂
实验操作及现象
有关反应的化学方程式
2、已知SiO
2、SO
2
和CO
2
都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一
定相似性。

Ⅰ.用如图所示装置进行Mg与SO
2
反应的实验。

（1）选择制取SO
2
的合适试剂_________________。

①10%的H2SO4溶液②80%的H2SO4溶液
③Na2SO3固体④CaSO
3
固体
（2）写出装置B中发生的主要反应的化学方程式_____________ 。

装置C中NaOH溶液的作用是_________________ _。

（3）你认为该装置是否有不足之处？______。

如果有，请一一说明__________。

Ⅱ．某研究小组进行了“实验室制Si”的研究，它们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：
①工业上在高温时用C还原SiO2可制得Si
②Mg在点燃的条件下即可与SiO2反应
③金属硅化物与稀H2SO4反应生成硫酸盐与SiH4
④Si和SiO2均不与稀H2SO4反应
⑤SiH4在空气中自燃
他们在研究报告中记载着“……选用合适的物质在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥；最后称量……在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右”。

（1）该小组“实验室制Si”的化学方程式是。

（2）你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是。

3、硫酸铁（PFS）是一种新型高效的无机高分子絮凝剂，广泛用于水的处理。

用铁的氧化物为原料来制取
聚合硫酸铁，为控制水解时Fe3+的浓度，防止生成氢氧化铁沉淀，原料中的Fe3+必须先还原为Fe2+。

实验
步骤如下：
（1）用98%的硫酸配制28%的硫酸，所需的玻璃仪器除量筒外，还有。

(a) 容量瓶(b) 烧杯(c) 烧瓶
（2）步骤II取样分析溶液中的Fe2+、Fe3+的含量，目的是。

(a) 控制溶液中Fe2+与Fe3+含量比(b) 确定下一步还原所需铁的量
(c) 确定氧化Fe2+所需NaClO3的量(d) 确保铁的氧化物酸溶完全
（3）用NaClO3氧化时反应方程式如下：
6FeSO4 + NaClO3 + 3H2SO4→ 3Fe2(SO4)3 + NaCl + 3H2O
若改用HNO3氧化，则反应方程式如下：6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4→ 3Fe2(SO4)3 + NO↑ + 4H2O 已知1mol HNO3价格0.16元、1mol NaClO3价格0.45元，评价用HNO3代替NaClO3作氧化剂的利弊，利是，弊是。

聚合硫酸铁溶液中SO42¯与Fe3+物质的量之比不是3:2。

根据下列供选择的试剂和基本操作，测定聚合硫酸铁产品溶液中SO42¯与Fe3+物质的量之比。

（4）测定时所需的试剂。

(a) NaOH (b) FeSO4(c) BaCl2(d) NaClO3
（5）需要测定和的质量（填写化合物的化学式）。

（6）选出测定过程中所需的基本操作（按操作先后顺序列出）。

(a) 萃取、分液(b) 过滤、洗涤(c) 蒸发、结晶
(d) 冷却、称量(e)烘干或灼烧
4．某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。

（1）提出假设：该反应的气体产物全部是二氧化碳。

（2）设计方案：如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。

（3）查阅资料：氮气不与碳、氧化铁发生反应。

实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO2）饱和溶液混合加热反应制得氮气。

请写出该反应的离子方程式：。

（4）实验操作及实验现象：
I
酸溶
II
取样分析
IV
氧化、水解、聚合
III
还原
FeO
Fe2O3
Fe3O4
红褐色溶液
28%H2SO4Fe
产品
NaClO3H2SO4
①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g
的硬质玻璃管中；
②加热前，选通一段时间纯净干燥的氮气；
③停止通入N2后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水变浑浊；
④待反应结束，再通一段时间的氮气。

冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g。

（5）数据处理：经计算，参加反应的碳元素质量为0.48g，氧元素质量为0.96g。

得出原假设不成立，理由是。

（6）得出结论：根据数据处理结果判断，反应产生的气体是
该实验中发生反应的化学方程式为。

（7）实验优化：根据实验得出的结论，应对实验装置进一步完善，你认为应作如何改进？。

5、某研究性学习小组在研究由Fe2+制备Fe(OH)2的过程中，设计了如下实验方案：
【实验设计】
方法一：按照图1进行实验，容器A中的反应开始时，
弹簧夹C处于打开状态，一段时间后，关闭弹簧夹C，
容器A中的反应仍在进行。

最终在_______容器中观察
到白色沉淀，该实验中涉及到的化学方程式
有：。

方法二：按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀。

请从所提供的试剂或电极材料中选择正确的序号填在横线上：①纯水②NaCl溶液③NaOH溶液④四氯化碳⑤CuCl2溶液⑥乙醇⑦Fe棒⑧植物油⑨碳棒
a为___________，b为___________，c为___________，d为___________。

(填序号)
【探究思考】实验表明上述实验中出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色，那么如何解释出现灰绿色或绿色的现象呢？
（1）甲同学查阅资料后，得到Fe(OH)2如下信息：
资料名称物理性质描述化学性质描述
《化学辞典》，顾翼东编，1989年版P637 白色无定形粉末或白色至淡绿
色六方晶体
与空气接触易被氧化，将细粉喷
于空气中，则立即燃烧出火花
《大学普通化学（下册）》傅鹰着P637 白色沉淀此沉淀易被氧化成微绿色
Fe3(OH)8
《普通化学教程》（下册）P788 白色能强烈吸收O2，迅速变成棕色Fe
（OH）3。

这时作为氧化的中间产
物为土绿色，其中含有Fe2+、Fe3+。

图1 图
阅读该资料后，你对上述实验中出现灰绿色或绿色的现象的解释是：__________ ；资料中提及
的微绿色
Fe3(OH)8，用氧化物的形式表示可写成__________________。

（2）乙同学依据配色原理：白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的常识，认为绿色可能是形成Fe(OH)2·n H2O所致。

用热水浴的方式加热“方法一”中生成的绿色沉淀，观察到沉淀由绿变白的趋势。

加热时，“方法一”中弹簧夹C应处于___________（填“打开”或“关闭”）状态，容器A中的反应须处于___________（填“停止”或“发生”）状态。

写出该实验中支持乙同学观点的化学方程式_______________。

（3）欢迎你参加该研究小组的讨论，请提出一种在研究由Fe2+制备Fe(OH)2的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路。

6．四氯化钛是无色液体，沸点为136℃。

它极易水解，遇水蒸气产生“白烟”（TiCl4+H2O=TiOCl2+2HCl↑）。

在650℃~850℃下，将氯气通过二氧化钛和炭粉的混合物可得到四氯化钛和一种有毒气体。

下图是实验室制备TiCl4的部分装置。

请回答：
（1）B装置中试剂为，其作用是。

（2）C装置中的反应方程式为：。

（3）D装置中冷凝水的方向为进出，该装置的作用为。

（4）评价此装置的缺陷和不妥之处：
编号装置缺陷和不妥之处
（1）
（2）
（3）
探究性问题探讨四参考答案
1.（1）合理
（2）用磁铁吸引，若能吸附，说明有铁生成（2分，只回答用磁铁吸引，给1分；其它答案若合理且
完全正确给1分）
（3）NaOH 溶液、取少量样品放入试管，加入NaOH 溶液，若有气泡产生，说明该熔融物中有铝。

O H NaOH Al 2622++ ↑+243])([2H OH Al Na （其它答案若合理且完全正确酌情给分）
2.（1）②③ （2）SO 2+Mg 2MgO+S 吸收多余的SO 2，防止污染环境 （3）有 在A 和B 之间缺少干燥装置和C 装置没有与大气相通
（4）2Mg+SiO 22MgO+Si （5）金属镁与生成的硅继续反应得到硅化镁，硅化镁与硫酸反应生成SiH 4可自燃。

或用化学方程式说明： 2Mg+Si
Mg 2Si
Mg 2Si +2H 2SO 4
2MgSO 4+SiH 4↑ SiH 4+2O 2
SiO 2+2H 2O
3.（1）b （2）b 、c （3）利：原料成本较低
弊：产生气体对大气有污染
（4）a 、c （5）Fe 2O 3、BaSO 4 （6）b 、e 、d 4．（3）NH +
4+NO -
2 N 2↑+2H 2O （2分）
（5）反应后的气体中碳、氧原子的物质的量之比为2：3，二氧化碳分子中碳、氧原子个数之比为1：2，
两者不相符，故原假设不成立。

（2分）
（6）CO 和CO 2（2分） 2C+Fe 2O 3 2Fe+CO ↑+CO 2↑
（7）在尾气出口处加一点燃的酒精灯或增加一尾气吸收装置（1分）
5.【实验设计】方法一：B ；Fe+H 2SO 4=FeSO 4+H 2↑、FeSO 4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na 2SO 4、
H 2SO 4+2NaOH=Na 2SO 4＋2H 2O 中和反应方程式不写不扣分
方法二：⑦、⑨或⑦、⑧、②。

（每空1分，共6分）
【探究思考】（1）由于Fe(OH)2部分被氧化，混入少量的Fe(OH)3（1分）。

FeO·Fe 2O 3·4H 2O （2分）。

（2）（共3分，各1分）打开，发生，Fe （OH ）2·n H 2O= Fe （OH ）2+ n H 2
O 。

（3）（共2分）向Fe 2+和Fe 3+的混合液中加入NaOH 溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色（或者可以将Fe(OH)3和Fe(OH)2混合后观察其颜色。

）（合理答案均给分） 6．（1）浓硫酸 吸收水蒸气(干燥氯气)（各1分，共2分） （2）TiO 2+2Cl 2+2C
TiCl 4+2CO （2分）
（3）a 、b （1分）冷凝回流．．．．四氯化钛（2分，答到关键字即可） （4）（3分）缺陷和不妥之处：
①不能阻止E 装置的水气进入D 装置，而引起四氯化钛水解 ②由于氯化氢和氯气易溶于氢氧化钠溶液，E 装置会产生倒吸现象 ③不能防止CO 的逸出
高温 △。