Question

如表是“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)熱原理產生了興趣，和同學們一起進行了實驗探究．

品名	XX牌貼身暖寶寶
成分	帶內物質：鐵粉、水、活性炭、食鹽等
內袋材料	微孔透氣無紡布
外袋材料	不透氣塑料
用法	臨使用前，打開外袋取出內袋，直接貼在衣服上． 打開外袋后保持溫暖12小時

（1）袋內物質中含有的金屬元素至少有

 

種，其外袋材料屬于

 

（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   ．	“暖寶寶”發(fā)熱是由于袋內物質與   接觸．
步驟2	24小時后，分別剪開A、B兩袋，各取少量袋內物質于兩支試管中，分別加入適量稀鹽酸．	A袋內物質部分溶解，產生黃色溶液；B袋內物質   ．	用化學方程式表示產生黃色溶液的反應
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，剩余物質中是否還含有活性炭，他們取適量A袋內物質于燒杯內，加入過量

 

，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、乙兩個如圖所示的裝置，點燃濾渣，用澄清石灰水驗證產物，你認為

 

圖的裝置結論更可靠，理由是

 

．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

 

性，使鐵能與氧氣、水等接觸充分；
②

 

；
（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，利用袋內物質立即進行實驗．
【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，

 

；
②將實驗所用藥品裝入各儀器中，記錄量氣管初始刻度；
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，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管

 

（填“上提”或“下移”）．
④等恢復至室溫，并

 

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”中鐵粉的質量分數(shù)的表達式為

 

．
【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

 

，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

 

 mL．
（4）【測定“暖寶寶”中的鐵、碳質量比】
小李取了一片外袋已有部分破損的“暖寶寶”，剪開包裝，利用袋內物質立即進行實驗．
【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，新產品的配料中碳粉和鐵粉的質量比為

 

，該片已有破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質的質量為

 

 g．

Answer 1

考點：實驗探究物質的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗與除雜方法,金屬銹蝕的條件及其防護,酸的化學性質,碳單質的物理性質及用途,書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式,合成材料的使用及其對人和環(huán)境的影響

專題：科學探究

分析：（1）根據(jù)暖寶袋內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量，根據(jù)氫氣的質量，通過化學方程式的計算求鐵的質量，進一步可求出鐵的質量分數(shù)；
【交流討論】
根據(jù)實驗中的操作及反應原理分析；
【實驗結論】根據(jù)氧化鐵的質量可求出鐵的質量，黑色懸浮物為碳粉；求出與氯化鐵反應的單質鐵的質量加上生成0.2g氫氣的質量即可．

解答：解：（1）由袋內物質含有鐵粉和食鹽可知貼身暖寶寶袋內物質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)活性炭燃燒的產物是二氧化碳，可用澄清的石灰水檢驗二氧化碳的產生，乙圖中酒精燃燒也會產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，若燒瓶和量氣管內氣體壓強過大，可將水準管下移，減小燒瓶和量氣管內的壓強；
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：設鐵粉的質量為X
    Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
    56            2
    X             dv
       

56

2

=

X

dv

    解得：X=28dv
鐵的質量分數(shù)為：

28dv

m

【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；使用丁裝置產生氣體的體積應該等于注射器內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量為1.9g，鐵粉的質量為：10.4g×

112

160

×100%=7.28g  碳粉和鐵粉的質量比為：1.9g：7.28g=95：364；
解：設生成0.2g氫氣參加反應鐵粉的質量為x
 Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
 56            2
 X             0.2g      

56

2

=

x

0.2g

    x=5.6g   
則剩余鐵元素的質量為7.28g-5.6g=1.68g，這1.68g的鐵元素發(fā)生了以下反應Fe+2FeCl₃=3FeCl₂
即鐵單質與氯化鐵中鐵元素的質量比是1：2，則參加反應鐵單質的質量為1.68g×

1

3

=0.56g，則破損的“暖寶寶”中的剩余鐵單質的質量為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   調節(jié)量氣管與水準管兩邊液面相平   

28dv

m

    滴入燒瓶內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．