Question

10．實驗室有一包暗紅色粉末樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃和FeO的混合物．經(jīng)測定后，結(jié)論是不存在FeO．
I．某學生想自己設(shè)計實驗方案，以證明樣品中確實沒有FeO．除樣品外，實驗室只提供以下試劑：KMnO₄溶液、稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、NaOH溶液，請你描述實驗操作的步驟、實驗現(xiàn)象和結(jié)論：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO．
Ⅱ．測定混合物中Fe₂O₃的含量
實驗室可用多種方法測定上述樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)，某同學稱取a g樣品用下圖所示裝置測定Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)．

請回答下列問題：
（1）裝置B中盛放樣品的儀器名稱是錐形瓶，A中的試劑是氫氧化鈉溶液．
（2）裝置B中反應的離子方程式為MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（3）實驗過程中需要持續(xù)通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”B中反應物以實現(xiàn)充分反應外，還有一個重要作用是將反應產(chǎn)生的CO₂氣體盡可能徹底的趕入裝置C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收．
（4）若后續(xù)實驗測得C中沉淀的質(zhì)量為b g，則Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{197a-84b}{197a}$×100%．測C中沉淀的操作是過濾、洗滌、干燥、稱量．
（5）有同學認為將裝置C與D交換，測出裝置D在吸收反應產(chǎn)生的氣體前后的質(zhì)量差，同樣可以測得Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)．請你對此方案作出評價：不能，因為生成的二氧化碳氣體中含有水蒸氣，通過裝置D會被吸收，裝置D增重為二氧化碳和水蒸氣的質(zhì)量．

Answer 1

分析 Ⅰ．若Fe₂O₃中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，則具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強氧化性，可利用KMnO₄溶液褪色來證明；根據(jù)檢驗方法寫出實驗操作時的步驟、實驗現(xiàn)象和結(jié)論；
Ⅱ．（1）樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃固體，放入錐形瓶中，通過分液漏斗加入鹽酸發(fā)生反應，和碳酸鎂反應生成二氧化碳氣體，A中是氫氧化鈉溶液，通過裝置A通入空氣除去二氧化碳后把裝置中的空氣趕凈，反應后把生成的二氧化碳全部趕入裝置C吸收；
（2）裝置B中反應是MgCO₃、Fe₂O₃固體和鹽酸反應，碳酸鎂和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水；
（3）根據(jù)通入空氣還可以將碳酸鈣與鹽酸反應生成的二氧化碳驅(qū)趕到裝置B中分析；
（4）若后續(xù)實驗測得C中沉淀的質(zhì)量為b g，為碳酸鋇沉淀，依據(jù)碳元素守恒計算碳酸鎂的質(zhì)量，得到原樣品中氧化鐵質(zhì)量得到質(zhì)量分數(shù)；溶液中沉淀通過過濾得到沉淀、洗滌、干燥、稱量．

解答 解：Ⅰ．若Fe₂O₃中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，則具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強氧化性，可使KMnO₄溶液褪色，
則選擇試劑為稀硫酸、KMnO₄溶液；實驗操作時的步驟、實驗現(xiàn)象和結(jié)論為：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO，
故答案為：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO；
Ⅱ．（1）樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃固體，放入錐形瓶中，通過分液漏斗加入鹽酸發(fā)生反應，和碳酸鎂反應生成二氧化碳氣體，A中是氫氧化鈉溶液，通過裝置A通入空氣除去二氧化碳后把裝置中的空氣趕凈，反應后把生成的二氧化碳全部趕入裝置C吸收，
故答案為：錐形瓶；氫氧化鈉溶液；
（2）裝置B中反應是MgCO₃、Fe₂O₃固體和鹽酸反應，碳酸鎂和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，反應的離子方程式為：MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水，反應的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（3）實驗過程中需要持續(xù)通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”B中反應物達到充分反應外，還可以使反應生成的二氧化碳盡可能徹底的趕入裝置A中，使反應生成的二氧化碳能夠被氫氧化鋇溶液完全吸收，
故答案為：將反應產(chǎn)生的CO₂氣體盡可能徹底的趕入裝置C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
（4）若后續(xù)實驗測得C中沉淀的質(zhì)量為b g，為碳酸鋇沉淀物質(zhì)的量n（BaCO₃）=$\frac{bg}{197g/mol}$，依據(jù)碳元素守恒計算碳酸鎂的質(zhì)量=$\frac{bg}{197g/mol}$×84g/mol=$\frac{84b}{197}$g，得到原樣品中氧化鐵質(zhì)量得到質(zhì)量分數(shù)=$\frac{ag-\frac{84b}{197}g}{ag}$×100%=$\frac{197a-84b}{197a}$×100%，溶液中沉淀通過過濾得到沉淀、洗滌、干燥、稱量，
故答案為：$\frac{197a-84b}{197a}$×100%；過濾；洗滌；
（5）將裝置C與D交換，測出裝置D在吸收反應產(chǎn)生的氣體前后的質(zhì)量差為二氧化碳和水蒸氣的質(zhì)量，不能測得Fe₂O₃的質(zhì)量分數(shù)，
故答案為：不能，因為生成的二氧化碳氣體中含有水蒸氣，通過裝置D會被吸收，裝置D增重為二氧化碳和水蒸氣的質(zhì)量．

點評 本題考查了實驗探究物質(zhì)組成和含量的實驗過程分析判斷，主要是混合物反應后生成氣體的質(zhì)量測定方法，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．