Question

1．鐵是人類目前使用最多的金屬，可以形成多種氧化物．
 某實驗小組欲利用氫氣還原法測定某鐵的氧化物（Fe_xO_y）的組成，根據(jù)實驗內(nèi)容回答下列問題：
I．定性分析：氧化物中鐵元素的價態(tài)
（1）取適量該氧化物溶于過量的稀硫酸（填“稀硫酸”、“稀鹽酸”或“稀硝酸”），取少量溶液分別裝入兩支潔凈的試管甲、乙中．甲試管中加入高錳酸鉀溶液，乙試管中加入硫氰化鉀溶液，能證明該氧化物中同時含有Fe²⁺、Fe³⁺的現(xiàn)象是：甲試管中溶液紫色變淺或褪去，乙試管中溶液變紅．
II．定量分析：氧化物的組成

（2）按各部分儀器在該實驗中的作用分析：裝置E中盛放的藥品是蒸餾水（或NaOH溶液），作用是除去H₂中混有的HCl．
（3）實驗裝置用上面所列儀器組成，按氫氣流向的連接順序是（括號中填入接口字母）：
a→i→h→g→f→d→e→b→c→j
（4）實驗前，將該鐵的氧化物放在坩堝內(nèi)低溫烘焙，這樣做的目的是：除去樣品中的水蒸氣，防止U形管產(chǎn)生額外的增重，若缺少此步驟，會導(dǎo)致x：y偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無影響”）．
（5）稱取烘焙后樣品3.04g，與氫氣充分反應(yīng)后生成水0.9g，則該樣品的組成為：Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃）．

Answer 1

分析 I．定性分析：氧化物中鐵元素的價態(tài)
（1）證明該氧化物中同時含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入的試劑若加入鹽酸，溶液中的氯離子被高錳酸鉀溶液氧化，干擾亞鐵離子的檢驗，硝酸具有強(qiáng)氧化性能氧化亞鐵離子，甲試管中加入高錳酸鉀溶液，乙試管中加入硫氰化鉀液，證明含有亞鐵離子的現(xiàn)象是甲中褪色，證明含有鐵離子的現(xiàn)象是乙中變紅色；
II．定量分析：氧化物的組成
（2）分析裝置圖可知，A裝置制備氫氣，含有水蒸氣和氯化氫雜質(zhì)，需要通過裝置E中的水或氫氧化鈉溶液除去氯化氫氣體，再通過濃硫酸吸收氫氣中的水蒸氣，得到干燥純凈的氫氣通入裝置C中分手氧化還原反應(yīng)；
（3）分析裝置圖可知，A裝置制備氫氣，含有水蒸氣和氯化氫雜質(zhì)，需要通過裝置E中的水或氫氧化鈉溶液除去氯化氫氣體，再通過濃硫酸吸收氫氣中的水蒸氣，得到干燥純凈的氫氣通入裝置C中分手氧化還原反應(yīng)，生成水和鐵，水蒸氣用裝置B吸收稱重，最后為避免空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入裝置B影響測定結(jié)果，連接裝置F；
（4）實驗前，將該鐵的氧化物放在坩堝內(nèi)低溫烘焙除去固體中的水分，減少實驗的測定結(jié)果影響，若缺少此步驟，測定水的質(zhì)量增大，氫氣量增大，計算得到氧元素質(zhì)量增大，x：y比值減小；
（5）依據(jù)生成水的質(zhì)量計算物質(zhì)的量，結(jié)合元素守恒得到氧元素質(zhì)量和鐵元素質(zhì)量，計算得到x：y，寫出化學(xué)式．

解答 解：I．定性分析：氧化物中鐵元素的價態(tài)
（1）證明該氧化物中同時含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入的試劑若加入鹽酸，溶液中的氯離子被高錳酸鉀溶液氧化，干擾亞鐵離子的檢驗，硝酸具有強(qiáng)氧化性能氧化亞鐵離子，所以只有選擇硫酸，取少量溶液分別裝入兩支潔凈的試管甲、乙中．甲試管中加入高錳酸鉀溶液，乙試管中加入硫氰化鉀溶液，能證明該氧化物中同時含有Fe²⁺、Fe³⁺的現(xiàn)象是，證明含有亞鐵離子的現(xiàn)象是甲中褪色，證明含有鐵離子的現(xiàn)象是乙中變紅色，
故答案為：稀硫酸；甲試管中溶液紫色變淺或褪去，乙試管中溶液變紅；
II．定量分析：氧化物的組成
（2）由裝置圖可知，A裝置制備氫氣，含有水蒸氣和氯化氫雜質(zhì)，需要通過裝置E中的水或氫氧化鈉溶液除去氯化氫氣體，再通過濃硫酸吸收氫氣中的水蒸氣，得到干燥純凈的氫氣通入裝置C中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，
故答案為：蒸餾水（或NaOH溶液）；除去H₂中混有的HCl；
（3）分析裝置圖可知，A裝置制備氫氣，含有水蒸氣和氯化氫雜質(zhì)，需要通過裝置E中的水或氫氧化鈉溶液除去氯化氫氣體，再通過濃硫酸吸收氫氣中的水蒸氣，得到干燥純凈的氫氣通入裝置C中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成水和鐵，水蒸氣用裝置B吸收稱重，最后為避免空氣中的水蒸氣和二氧化碳進(jìn)入裝置B影響測定結(jié)果，連接裝置F，實驗裝置用上面所列儀器組成，按氫氣流向的連接順序是aihgfdebcj，
故答案為：ihgfdebcj；
（4）實驗前，將該鐵的氧化物放在坩堝內(nèi)低溫烘焙除去固體中的水分，減少實驗的測定結(jié)果影響，若缺少此步驟，測定水的質(zhì)量增大，氫氣量增大，計算得到氧元素質(zhì)量增大，x：y比值減�。�
故答案為：故除去樣品中的水蒸氣，防止U形管產(chǎn)生額外的增重；偏小；
（5）稱取烘焙后樣品3.04g，與氫氣充分反應(yīng)后生成水0.9g，n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$=0.05mol，氧元素質(zhì)量=0.05mol×16g/mol=0.8g，鐵元素物質(zhì)的量n（Fe）=$\frac{3.04g-0.8g}{56g/mol}$=0.04mol，n（Fe）=n（O）=0.04：0.05=4：5，則該樣品的組成為Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃），
故答案為：Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃）．

點評 本題考查了物質(zhì)組成的實驗探究方法和實驗設(shè)計應(yīng)用，主要是試劑作用的理解分析，物質(zhì)性質(zhì)和實驗基本操作是解題的關(guān)鍵，題目難度中等．