Question

冬天来了，妈妈买了很多暖宝宝回家，小希问妈妈，为什么暖宝宝能发热．妈妈说：听说是里面有铁粉，铁粉生锈放热．为了验证妈妈解释的正确性，小希在实验室打开一片暖宝宝，取出其中黑色粉末做了下面的实验．

I.黑色粉末成分的探究

操作	现象	结论
取暖宝宝中的黑色粉末于试管中，加入足量稀盐酸	有气泡冒出， 溶液变为① _____．	黑色粉末中有铁粉． 产生气泡的方程式②_____．
反应结束之后，发现仍有固体残留．经过③_____（操作名称），干燥，获得黑色粉末，加热，未能点燃．	——	——

小希查阅资料，发现反应后剩余的黑色粉末可能是活性炭，而活性炭燃烧需要很高的温度，于是小希设计如图 1 的实验．

将黑色粉末与氧化铜粉末充分混合，放入加热装置，接通电源，达到高温状态，观察到石灰水变浑浊．小希确定黑色粉末中有活性炭，加热装置中发生的化学反应方程式为④_____．

II.探究“暖宝宝”反应原理现铁的生锈本质是否一致

按图 2（夹持仪器已略去）采用传感器收集数据，将拆除包装的暖宝宝倒入三颈烧瓶中，密封装置，开始收集，观察曲线变化．

从收集到的图像看暖宝宝发热是因为颗粒微小的铁粉与⑤_____和_____等物质发生反应，并⑥_____热量（填写“吸收”或“放出”）．这一反应与铁生锈原理一致．

III.实验拓展

利用上述原理，小希设计使用暖宝宝贴来测定空气中氧气的含量，实验开始前的装置如图 3 所示，

量筒中水的读数为 100mL.

（1）实验过程中，可以观察的现象是⑦_____．

（2）冷却一段时间之后，打开弹簧夹，水从量筒中流入玻璃瓶（容积为 250mL）最后读数为 67mL（铁粉生锈消耗的水忽略不计），通过计算，本实验数据测得空气中氧气的体积分数为⑧_____．

（3）出现上述误差的原因可能是⑨_____（可多选）

A 装置漏气

B 暖宝宝贴中铁粉的使用数量不足

C 温度计的读数未恢复至室温就记录量筒内剩余水的体积

D 弹簧夹未夹紧

E 最后读取量筒中水的体积是俯视读数

Answer

浅绿色 Fe+2HCl=FeCl2+H2 过滤 C+2CuO2Cu+CO2 水 氧气 放出 温度计示数先上升，后恢复至室温，打开弹簧夹，量筒中的水倒吸进入集气瓶 15% ABCE

【解析】

I.黑色粉末成分的探究

暖宝宝中的黑色粉末中有铁粉，与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，现象是有气泡冒出，溶液变为浅绿色，反应的化学方程式为：Fe+2HCl=FeCl2+H2。

过滤可以分离不溶于水的固体混合物，故要分离反应后的固体残留物，首先需要经过过滤操作。

活性炭与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为：C+2CuO2Cu+CO2。

II.探究“暖宝宝”反应原理与铁的生锈本质是否一致

从收集到的图像看，相对湿度在不断降低、氧气浓度也在不断降低，说明暖宝宝发热是因为颗粒微小的铁粉与水、氧气等物质发生反应，温度出现升高的趋势，说明反应放出热量。

III.实验拓展

（1）暖宝宝贴中的铁粉生锈消耗氧气，放出热量，实验过程中，可以观察的现象是温度计示数先上升，后恢复至室温，打开弹簧夹，量筒中的水倒吸进入集气瓶。

（2）玻璃瓶内空气的体积为250mL-30mL=220mL，实验后从量筒中流入玻璃瓶（容积为250mL）中的水的体积为100mL-67mL=33mL，进入玻璃瓶的水的体积即为消耗的氧气体积，所以通过本次实验数据测得空气中氧气的体积分数为：。

（3）空气中氧气的体积分数约为21%，本实验测定结果明显偏小。

A.如果装置漏气，会使进入的水偏少，氧气的体积分数会偏小，符合题意；

B.铁粉数量不足导致集气瓶内氧气无法被消耗完，测定结果会偏小，符合题意；
C.必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后，才能记录量筒内剩余水的体积，使结果准确，否则进入集气瓶中水的体积偏小，会导致测定结果偏小，故符合题意；

D.弹簧夹未夹紧，会有部分空气从集气瓶中逸出，导致测定结果偏大，故不符合题意；

E.最后读取量筒中水的体积俯视读数，读数偏大，则会导致计算出进入集气瓶中水的体积偏小，会导致测定结果偏小，故符合题意；故选：ABCE。