Question

某學(xué)習(xí)小組在研究CH₄還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引．查閱資料得知：在溫度不同、受熱不均時會生成具有磁性的Fe₃O₄（組成相當(dāng)于Fe₂O₃?FeO）．為進(jìn)一步探究黑色粉末的組成及含量，他們進(jìn)行了如下實驗．
一．定性檢驗
（1）往黑色粉末中滴加鹽酸，發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生，則黑色粉末中一定有

 

，產(chǎn)生氣泡的離子方程式為

 

．
（2）熱還原法檢驗：按下圖裝置連接好儀器（圖中夾持設(shè)備已略去），檢查裝置的氣密性．往裝置中添加藥品．打開止水夾K通人氫氣，持續(xù)一段時間后再點燃C處的酒精燈．

請回答下列問題：
①點燃C處酒精燈之前，為何要先持續(xù)通H₂一段時間

 

．
②B中試劑的名稱是

 

．
③若加熱一段時間后，裝置D中白色粉末變藍(lán)色，對黑色粉末的組成得出的結(jié)論是

 

．
（3）為證明黑色粉末是否含F(xiàn)e₃O₄，某同學(xué)還進(jìn)行了如下實驗：取少量黑色粉末于試管，加足量鹽酸，充分振蕩使黑色粉末完全溶解，所得溶液分兩份，第一份溶液滴入KSCN溶液，觀察溶液是否變紅；第二份溶液滴入酸性KMnO₄溶液，觀察酸性KMnO₄溶液是否褪色．請回答：第一份溶液滴入KSCN溶液后一定會變紅嗎？請結(jié)合離子方程式簡答

 

；第二份溶液所進(jìn)行的操作是欲檢驗溶液中是否存在

 

離子．經(jīng)分析，你認(rèn)為此方案是否可行

 

（填“是”或“否”）．
二．沉淀法定量測定
按如下實驗流程進(jìn)行測定：

（4）操作II的名稱是

 

、

 

、轉(zhuǎn)移固體．
（5）通過以上數(shù)據(jù)，計算黑色粉末中各組分的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗探究和數(shù)據(jù)處理題

分析：（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，證明含有金屬鐵；
（2）此流程為：A裝置產(chǎn)生氫氣，B裝置干燥氫氣，C裝置還原黑色粉末，D裝置檢驗生成產(chǎn)物水，E裝置吸收空氣中水和二氧化碳．
①氫氣是可燃性氣體，混有氧氣會發(fā)生爆炸危險；
②氣體進(jìn)入C裝置前需要除去水蒸氣，否則以炸裂玻璃管；
③D中白色粉末硫酸銅變藍(lán)色證明反應(yīng)有水生成，黑色固體中含有Fe₃O₄ 被氫氣還原生成水，判斷可以含有；
（3）黑色粉末加入足量鹽酸溶解后，滴入KSCN溶液，可能變紅，也可能不變紅色，不變紅可能有兩種情況，一種是無鐵離子存在，一種是有鐵離子存在，和過量的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子；高錳酸鉀具有強氧化性，能把亞鐵離子氧化成鐵離子，同時高錳酸鉀也會把氯離子氧化，使高錳酸鉀褪色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入過量鹽酸溶解后，加入足量氨水沉淀離子，加入足量氫氧化鈉保證堿性環(huán)境下離子全部沉淀，操作Ⅱ是過濾、洗滌得到沉淀，放在坩堝內(nèi)灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；
（5）依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式結(jié)合鐵元素守恒計算判斷．

解答： 解：（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，應(yīng)為鐵或四氧化三鐵，或者二者混合物，往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產(chǎn)生，證明含有金屬鐵；發(fā)生反應(yīng)Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑黑色粉末中一定含有鐵，故答案為：Fe；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）①氫氣是可燃性氣體，混有氧氣會發(fā)生爆炸危險，故應(yīng)先通一會氫氣，驗純后再加熱C裝置，
故答案為：排盡裝置內(nèi)的空氣，防止H₂與空氣混和，受熱時發(fā)生爆炸；
②氣體進(jìn)入C裝置前需要除去水蒸氣，否則會需要產(chǎn)物水蒸氣的檢驗，有可能炸裂玻璃管，吸收氫氣中的水蒸氣用濃硫酸溶液，故答案為：濃硫酸；
③D中白色粉末硫酸銅變藍(lán)色證明反應(yīng)有水生成，黑色固體中含有Fe₃O₄ 被氫氣還原生成水，發(fā)生反應(yīng)4H₂+Fe₃O₄

△   .

3Fe+4H₂O，判斷可以含有；依據(jù)和酸反應(yīng)生成氫氣和驗證生成水判斷黑色固體為鐵和四氧化三鐵；
故答案為：黑色固體含有Fe和Fe₃O₄；
（3）黑色粉末加入足量鹽酸溶解后，滴入KSCN溶液，不一定變紅，因為固體中含有Fe，生成的Fe³⁺可能全被Fe還原2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，加入KSCN溶液不變紅；高錳酸鉀具有強氧化性，能把亞鐵離子氧化成鐵離子，同時高錳酸鉀也會把氯離子氧化，使高錳酸鉀褪色，因此不能根據(jù)高錳酸鉀褪色就證明含亞鐵離子，氯離子干擾亞鐵離子的檢驗；
故答案為：不一定，因為固體中含有Fe，生成的Fe³⁺可能全被Fe還原2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺，加入KSCN溶液不變紅； Fe²⁺；否；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入過量鹽酸溶解后，加入足量氨水沉淀離子，加入足量氫氧化鈉保證堿性環(huán)境下離子全部沉淀，操作Ⅱ是過濾、洗滌得到沉淀，放在坩堝內(nèi)灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；
故答案為：過濾；洗滌；
（5）依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，結(jié)合鐵元素守恒計算判斷；
Fe+Fe₃O₄

足量稀鹽酸

FeCl₂、FeCl₃

足量氨水、足量氫氧化鈉

Fe（OH）₂、Fe（OH）₃

灼燒恒重

Fe₂O₃；
依據(jù)反應(yīng)過程中鐵元素守恒，3.2gFe₂O₃物質(zhì)的量=

3.2g

160g/mol

=0.02mol；
設(shè)鐵物質(zhì)的量為x，四氧化三鐵物質(zhì)的量為y，得到：

56x+232y=2.88 x+3y=0.02×2

，解方程組得到

x=0.01mol y=0.01mol

，故二者物質(zhì)的量之比為：0.01mol：0.01mol=1：1，
故答案為：1：1．

點評：本題考查了探究物質(zhì)組成，測定物質(zhì)含量的定量實驗操作和實驗設(shè)計，主要考查鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)用，實驗基本操作的分析判斷，實驗現(xiàn)象的推斷和應(yīng)用，元素守恒的計算應(yīng)用，綜合性較強，題目難度中等．