某化学兴趣小组对一包干燥的红色粉末组成进行探究。请你参与并回答问题:
(教师提醒)它由Cu、Fe2O3两种固体中的一种或两种组成
(提出猜想)红色粉末可能的组成:
猜想① 只有Cu; 猜想② ___________;
猜想③ 是Cu、Fe2O3的混合物
(实验探究)
同学们为确定红色粉末的组成,称取该粉末5.0g装入硬质玻璃管中,如图在通风橱中进行实验。开始时缓缓通入CO气体,过一段时间后再加热使其充分反应。待反应完全后,停止加热,继续通CO气体直至玻璃管冷却。
⑴在装置A中先通CO气体的目的是__________________________,A装置中发生反应的化学方程式为__________________________。
⑵小林同学认为为了防止溶液倒吸,本实验停止加热前应先断开A和B的连接,小丽认为不需要,理由是_________________________________。
⑶实验后小组内有同学指出上图装置存在一个缺陷是______________________。
⑷小明同学取少量完全反应后的剩余固体于试管中,加入足量的稀硫酸,观察到有气泡产生,同时试管底部有红色固体。得出的结论是猜想__________成立。
(反思评价)小丁同学通过称量反应前后相关装置和物质的总质量,分析下表中的数据,也能证明猜想。
反应前 | 反应后 |
玻璃管和红色粉末的总质量为37.3g | 玻璃管和固体物质的总质量为36.1g |
请通过计算证明哪一个猜想成立?(写出计算过程)___________
只有Fe2O3 排尽装置内的空气,防止发生爆炸 3CO+Fe2O32Fe+3CO2 实验过程中不断通入一氧化碳 没有对尾气处理 ③ 氧元素质量1.2克;氧化铁的质量为4克,小于5克。故猜想③成立
【详解】
(提出猜想)单独的氧化铁也是红色固体。
(交流讨论)
(1)探究要考虑到CO具有可燃性,与玻璃管中的空气混合受热会发生爆炸,因此,应先通CO排尽玻璃管中的空气,然后再加热;根据一氧化碳在高温的条件下还原氧化铁解答;
(2)根据一氧化碳一直向里通入,不会产生倒吸现象解答;
(3)根据一氧化碳有毒,排放到空气中会污染空气,因此要进行尾气处理解答;
(4)根据实验现象分析解答;
(反思评价)计算出固体的氧化铁质量,与混合物质量对比即可确定成分。
(提出猜想)由于铜、氧化铁均是红色固体,所以红色粉末可能的组成有:①只有Cu;②只有 Fe2O3;③是Cu、Fe2O3的混合物;
(实验探究)
(1)根据CO具有可燃性,与玻璃管中的空气混合受热会发生爆炸,因此,应先通CO排尽玻璃管中的空气,然后再加热。所以在装置A中先通CO气体的作用是排尽装置内的空气,防止发生爆炸;A装置中发生反应的化学方程式为Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2;
(2)因为在实验过程中不断通入一氧化碳直至冷却,B中溶液不会倒吸到A装置中;
(3)此反应应考虑到CO有毒,排放到空气中会污染大气,显然,该装置没有对尾气进行处理;
(4)观察到有气泡产生,说明有活泼金属,该活泼金属只可能是铁,即硫酸除去铁锈之后剩余的铁,试管底部有红色固体,此红色固体不与硫酸反应,说明是铜,故猜想③成立;
(反思评价)反应前后玻璃管内物质的质量差为氧化铁中减少的氧元素的质量=37.3g-36.1g=1.2g。氧化铁的质量=1.2g÷=4g。粉末共有5g,氧化铁4g,所以含有铜粉,故猜想③成立。
化学式的含义 | 以H2O为例 | ||
质的含义 | 宏观 | ①表示一种物质 ②表示物质的元素组成 |
①表示水 ②表示水是由氢、氧两种元素组成的 |
微观 | ①表示物质的一个分子 ②表示组成物质每个分子的原子种类和数目 ③表示物质的一个分子中的原子总数 |
①表示一个水分子 ②表示一个水分子是由两个氧原子和一个氧原子构成的 ③表示一个水分子中含有三个原子 | |
量的含义 | ①表示物质的相对分子质量 ②表示组成物质的各元素的质量比 ③表示物质中各元素的质量分数 |
①H2O的相对分子质R =18 ②H2O中氢元素和氧元素质量比为1:8 ③H2O中氢元素的质量分数=100%=11.1% |
化学式和化合价的关系:
(1)根据化学式求化合价
①已知物质的化学式,根据化合价中各元素的正负化合价代数和为0的原则确定元素的化合价。
标出已知、未知化合价:
列出式子求解:(+1)×2+x×1+(-2)×3=0 x=+4
②根据化合价原则,判断化学式的正误,如判断化学式KCO3是否正确
标出元素或原子团的化合价
计算正负化合价代数和是否为0:(+1)×1+(-2)×1=-1≠0,所以给出的化学式是错误的,正确的为K2CO3。
③根据化合价原则,计算原子团中某元素的化合价,如计算NH4+中氮元素的化合价和H2PO4-(磷酸二氢根)中磷元素的化合价。
由于NH4+带一个单位的正电荷,不是电中性的,因此各元素的化合价代数和不为多,而是等于+1. 设氮元素的化合价为x
x+(+1)×4=+1 x=-3
所以在NH4+中,氮元素的化合价为-3. 同理H2PO4-带一个单位的负电荷、不是电中性的、因此各元素的化合价代数和不为零,而是-1.
设磷元素的化合价为y
(+1)×2+y+(-2)×4=-1 y=+5 所以在H2PO4-中磷元素的化合价为+5.
④根据化合价原则,确定物质按化合价的排序。如H2S,S,SO2,H2SO4四种物质中均含有硫元素,并且硫元素的化合价在四种物质中分别为:-2,0, +4,+6,故这四种物质是按硫元素的化合价由低到高的顺序排列的。
(2)根据化合价写化学式
根据化合物中化合价的代数和等于0的原则,已知元素的化合价可以推求实际存在物质的化学式,主要方法有两种:
①最小公倍数法
步骤 | 举例 | |
写 | 一般把正价元素的符号(或原子团)写在左边,负价元素的符号(或原子团)写在右边,并把化合价写在元素符号(或原子团)的正上方 | 、 |
求 | 求出两种元素化合价绝对位的最小公倍数,然后求出每种元素的原子个数= | 因为|-2|×|+3|=6,所以Al原子个数为6/3=2,O原子个数=6/2=3 |
标 | 将原子个数写在相应元素符号的正下角 | Al2O3 |
验 | 检验各种元素正负化合价的代数和是否为0,确定化学式的正确性 | (+3)×2+(-2)×3=0,所以该化学式正确。 |
步骤 | 例1 硫酸铜 | 例2 氧化钙 | |
排列 | 分析名称,确定元素符号(或原子团)的顺序 | 铝 硫酸根 Al SO4 |
钙 氧 Ca O |
标价 | 标上化合价 | 、 | 、 |
约简 | 将化合价的绝对值约成最简整数比 | 、 | 、 |
交叉 | 将整数交叉写在元素符号(或原子团)的右下角 | ||
检验 | 根据正负化合价代数和是否为0,检验正误 | (+3)×2+(-2)×3=0 | (+2)+(-2)=0 |
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