Question

14．李強在學(xué)習(xí)了高中化學(xué)《鐵及其化合物》一節(jié)的知識后，對初中“鐵絲在氧氣中燃燒”實驗中的產(chǎn)物產(chǎn)生了疑惑，他認(rèn)為燃燒時濺落下來的黑色物質(zhì)中除了Fe₃O₄外可能還含有其他物質(zhì)，為了驗證自己的猜想，他在實驗室中重做該實驗，并進行了如下探究活動：查閱資料：①自然界中鐵的氧化物主要是Fe₃O₄和Fe₂O₃兩種，F(xiàn)eO高溫時極易被氧化為Fe₂O₃，而Fe₂O₃在高溫時又容易分解成Fe₃O₄和一種氣體；②鐵的氧化物的分解溫度及鐵的熔點：

	Fe3O4	Fe2O3	Fe
分解溫度/°C	1538	1400	-
熔點/°C	-	-	1535

（1）根據(jù)以上資料，李強提出猜想：黑色物質(zhì)的成分可能為Fe和Fe₃O₄．為了確定黑色物質(zhì)的成分，李強設(shè)計了如下幾個實驗方案：
方案1：取該黑色物質(zhì)溶于足量的稀硫酸中，觀察是否有大量氣體生成．
方案2：稱取碾碎成粉末狀的黑色物質(zhì)a g，在空氣中充分灼燒，待反應(yīng)完全后，在干燥器里冷卻，再稱重，反復(fù)多次直到固體恒重，稱得質(zhì)量為b g，比較a、b的關(guān)系．
方案3：取少量碾碎成粉末狀的黑色物質(zhì)，用磁鐵吸引，看是否被吸起．
你認(rèn)為能夠證明李強猜想的合理實驗方案是方案2，其他方案不合理的原因是黑色固體中Fe含量很少，同時在溶液中發(fā)生反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，則方案1看不到明顯現(xiàn)象（只說其中的一個理由）．
（2）針對李強的質(zhì)疑，研究性學(xué)習(xí)小組又設(shè)計了新的探究方案，裝置如下圖所示．

a．若反應(yīng)都進行完全，要想確定黑色固體成分必須測定下列物理量中的②③⑤（只填序號）．
①通入氫氣體積V　②反應(yīng)前，黑色固體+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量m₁�、弁耆�反應(yīng)后黑色固體+硬質(zhì)玻璃管的總質(zhì)量m₂�、軐嶒炃�，干燥管質(zhì)量m₃�、萦操|(zhì)玻璃管質(zhì)量m₄　⑥鋅粒質(zhì)量m₅�、呦×蛩嶂泻�溶質(zhì)的量n　⑧實驗后，干燥管質(zhì)量m₆．
b．根據(jù)測定的實驗數(shù)據(jù)，計算出黑色固體中Fe₃O₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{29（m1-m2）}{8（m2-m3）}$．
（3）向一定量FeO、Fe和Fe₃O₄的混合物中加入100 mL l.5 mol•L^-1的鹽酸，使混合物完全溶解，放出224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，再向反應(yīng)后的溶液中加入1 mol•L^-1NaOH溶液，要使鐵元素完全沉淀下來，所加入NaOH溶液的體積最少為C
A.90 mL             B.100 mL         C.150 mL            D.200 mL．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)Fe的熔點及兩種氧化物的分解溫度確定黑色物質(zhì)的成分；
（2）根據(jù)反應(yīng)前后黑色固體與硬質(zhì)玻璃管總質(zhì)量的差值即為Fe與O₂反應(yīng)消耗O₂的質(zhì)量來判斷；
（3）當(dāng)鐵元素恰好完全沉淀時，溶液中剩余的溶質(zhì)為NaCl，據(jù)此化學(xué)式可知n（Na⁺）=n（Cl^-）=n（NaOH）=n（HCl），據(jù)此計算．

解答 解：（1）根據(jù)Fe的熔點及兩種氧化物的分解溫度可知Fe熔化的溫度下，F(xiàn)e₂O₃已分解，不可能存在于黑色物質(zhì)中．驗證黑色物質(zhì)中是否存在Fe應(yīng)利用Fe與Fe₃O₄的不同，酸液中，F(xiàn)e₃O₄會生成Fe³⁺，將可能存在的Fe氧化為Fe²⁺，不放出氣體，而Fe與Fe₃O₄ 都有磁性，都能被磁鐵吸引，F(xiàn)e₃O₄也具有磁性，能被磁鐵吸引，方案3不可�。�故答案為：Fe和Fe₃O₄；黑色固體中Fe含量很少，同時在溶液中發(fā)生反應(yīng)：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，則方案1看不到明顯現(xiàn)象；
（2）反應(yīng)前后黑色固體與硬質(zhì)玻璃管總質(zhì)量的差值即為Fe與O₂反應(yīng)消耗O₂的質(zhì)量，為：m1-m2，根據(jù)反，3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄，從而可以求出原黑色固體中Fe₃O₄的質(zhì)量是$\frac{29（m1-m2）}{8}$g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{29（m1-m2）}{8（m2-m3）}$×100%=，故答案為：②③⑤；$\frac{29（m1-m2）}{8（m2-m3）}$；
（3）當(dāng)鐵元素恰好完全沉淀時，溶液中剩余的溶質(zhì)為NaCl，據(jù)此化學(xué)式可知n（Na⁺）=n（Cl^-）=n（NaOH）=n（HCl），即0.1 L×1.5 mol/L=1 mol/L×V（NaOH），解得：V（NaOH）=0.15 L．故選C．

點評 本題是一道關(guān)于鐵元素以及化合物性質(zhì)實驗方案設(shè)計的考查題，注意知識的歸納和梳理是關(guān)鍵，難度不大．