Question

4．金屬材料在日常生活中必不可少，鐵、銅等金屬及其化合物用途非常廣泛．
Ⅰ．實驗室欲制備Cu（NO₃）₂ 晶體，甲、乙兩同學分別設計實驗方案如下：
甲：Cu  $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂     乙：Cu $\stackrel{O_{2}}{→}$CuO $\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Cu（NO₃）₂
（1）生成相同物質的量的Cu（NO₃）₂，消耗的HNO₃的物質的量，甲＞乙 （填＞、＜、=）．從環(huán)保角度分析，乙同學的方案更合理．
（2）乙同學想利用制備Cu（NO₃）₂晶體配置400mL 0.5mol/L的Cu（NO₃）₂溶液，需要用到的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯、量筒、500mL容量瓶、膠頭滴管．
Ⅱ．現(xiàn)有一包紅色粉末，某化學實驗小組欲通過實驗來探究是否由Cu、Fe₂O₃組成，過程如下：
（1）提出假設：
假設1．紅色粉末是Cu和Fe₂O₃的混合物；
假設2．紅色粉末是Fe₂O₃；
假設3．紅色粉末是Cu．
（2）設計探究實驗：取少量粉末放入足量稀硝酸中，在所得溶液中滴加KSCN試劑．
①若假設3成立，則實驗現(xiàn)象是紅色粉末全部溶解，溶液變?yōu)樗{色．
②為了探究假設1和假設2哪一組成立，繼續(xù)向所得溶液加入足量的鐵粉，若觀察到現(xiàn)象為有紅色固體析出則假設1成立．
③有同學提出，若混合物中Cu含量較少，可能加入鐵粉后實驗現(xiàn)象不明顯．
查閱資料：Cu²⁺與足量氨水反應生成深藍色溶液，Cu²⁺+4NH₃•H₂O═Cu（NH₃）₄²⁺+4H₂O．為進一步探究假設1和假設2哪一組成立，另取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，再加入足量氨水，若假設1成立，則現(xiàn)象為產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色；若假設2成立，則現(xiàn)象為產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈無色．
④另有同學認為用稀硫酸和KSCN試劑就能直接驗證假設1、2、3哪個成立．請寫出假設1成立時的實驗操作及現(xiàn)象取少量粉末放入稀硫酸中，粉末部分溶解，在所得溶液中滴加KSCN試劑，溶液變?yōu)檠�紅色．
Ⅲ．向一定量的Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄的混合物中加入150mL 4mol•L^-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.24L NO（標況），往所得溶液中加入KSCN溶液，無紅色出現(xiàn)．若用足量的H₂在加熱條件下還原相同質量的混合物，所得到的鐵的質量為14g．

Answer 1

分析 I．（1）根據(jù)方程式Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O、CuO+2HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+H₂O，生成等物質的量的硝酸銅結合化學方程式定量關系計算判斷消耗的HNO₃的物質的量，甲生成污染氣體；
（2）配制400mL 0.5mol/L的Cu（NO₃）₂溶液是計算、溶解、轉移、洗滌轉移、定容、搖勻等步驟完成，結合步驟中實驗操作選擇需要的儀器；
II．（2）②紅色粉末可能是Cu，可能是Fe₂O₃，也可能是Cu和Fe₂O₃的混合物．若假設3成立，取少量粉末放入足量稀硝酸中，發(fā)生反應為Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O，得到的Cu（NO₃）₂溶液為藍色，再向溶液中滴加KSCN試劑溶液顏色無變化．若假設1或2成立，取少量粉末放入足量稀硝酸中，一定發(fā)生反應Fe₂O₃+6HNO₃=2Fe（NO₃）₃+3H₂O，可能發(fā)生反應Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O，由于一定有Fe³⁺生成，再向溶液中滴加KSCN試劑溶液都變?yōu)檠�紅色，繼續(xù)向所得溶液加入足量的鐵粉，若假設1成立，由于之前反應的溶液中生成了Cu²⁺，加入鐵粉會發(fā)生反應Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，故可觀察到有紅色固體析出；
③若假設1成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中大量存在Fe³⁺和Cu²⁺，再加入足量氨水，會發(fā)生反應Cu²⁺+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺（深藍色）+4H₂O和Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓（紅褐色）+3NH₄⁺，若假設2成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中大量存在Fe³⁺，再加入足量氨水，會發(fā)生反應Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓（紅褐色）+3NH₄⁺；
④若假設1成立（成分為Cu和Fe₂O₃的混合物），取少量粉末放入稀硫酸中，粉末部分溶解（Fe₂O₃溶解而Cu不溶解），發(fā)生反應Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，檢驗鐵離子的存在；
III．因一定量的Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄的混合物中加入150mL4 mol•L^-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，所得溶液中加入KSCN溶液，無紅色出現(xiàn)，則溶液中的溶質為Fe（NO₃）₂，
硝酸的物質的量是0.15L×4mol/L=0.6 mol，
其中被還原的硝酸是$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
則沒有被還原的硝酸是0.5mol．
因此根據(jù)原子守恒可知，硝酸亞鐵的物質的量是0.25mol，結合鐵元素守恒計算．

解答 解：I．（1）根據(jù)方程式Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O、CuO+2HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+H₂O，生成等物質的量的硝酸銅，甲方案消耗的硝酸多，故甲＞乙；甲方案中放出的氮氧化物為有毒氣體，會對空氣造成污染，乙方案產(chǎn)物只有硝酸銅和水，故從環(huán)保角度看，乙方案更合理，
故答案為：＞；乙；
（2）配制400mL 0.5mol/L的Cu（NO₃）₂溶液，需要用到的玻璃儀器有：玻璃棒、燒杯、量筒、500mL容量瓶、膠頭滴管，
故答案為：500mL容量瓶、膠頭滴管；
II．（2）②紅色粉末可能是Cu，可能是Fe₂O₃，也可能是Cu和Fe₂O₃的混合物．若假設3成立，取少量粉末放入足量稀硝酸中，發(fā)生反應為Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O，得到的Cu（NO₃）₂溶液為藍色，再向溶液中滴加KSCN試劑溶液顏色無變化．若假設1或2成立，取少量粉末放入足量稀硝酸中，一定發(fā)生反應Fe₂O₃+6HNO₃=2Fe（NO₃）₃+3H₂O，可能發(fā)生反應Cu+4HNO_{3（�。�}=Cu（NO₃）₂+2NO↑+2H₂O，由于一定有Fe³⁺生成，再向溶液中滴加KSCN試劑溶液都變?yōu)檠�紅色，繼續(xù)向所得溶液加入足量的鐵粉，若假設1成立，由于之前反應的溶液中生成了Cu²⁺，加入鐵粉會發(fā)生反應Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，故可觀察到有紅色固體析出；若假設2成立，由于之前反應的溶液中生成了Fe³⁺，加入鐵粉會發(fā)生反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，故可觀察到鐵粉逐漸減少，
故答案為：有紅色固體析出；
③若假設1成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中大量存在Fe³⁺和Cu²⁺，再加入足量氨水，會發(fā)生反應Cu²⁺+4NH₃•H₂O=Cu（NH₃）₄²⁺（深藍色）+4H₂O和Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓（紅褐色）+3NH₄⁺，則現(xiàn)象為產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色；若假設2成立，取少量粉末加稀硝酸充分溶解后，溶液中大量存在Fe³⁺，再加入足量氨水，會發(fā)生反應Fe³⁺+3NH₃•H₂O=Fe（OH）₃↓（紅褐色）+3NH₄⁺，則現(xiàn)象為產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈無色，
故答案為：產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈深藍色； 產(chǎn)生紅褐色沉淀，同時溶液呈無色；
④若假設1成立（成分為Cu和Fe₂O₃的混合物），取少量粉末放入稀硫酸中，粉末部分溶解（Fe₂O₃溶解而Cu不溶解），發(fā)生反應Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂（SO₄）₃+3H₂O，在所得溶液中滴加KSCN試劑，上述反應生成的Fe³⁺會使溶液變?yōu)檠�紅色，
故答案為：取少量粉末放入稀硫酸中，粉末部分溶解，在所得溶液中滴加KSCN試劑，溶液變?yōu)檠�紅色；
III．因一定量的Fe、FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄的混合物中加入150mL4 mol•L^-1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，所得溶液中加入KSCN溶液，無紅色出現(xiàn)，則溶液中的溶質為Fe（NO₃）₂，
硝酸的物質的量是0.15L×4mol/L=0.6 mol，
其中被還原的硝酸是$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
則沒有被還原的硝酸是0.5mol．
因此根據(jù)原子守恒可知，硝酸亞鐵的物質的量是0.25mol，
則鐵原子的物質的量是0.25mol，所以若用足量的氫氣在加熱條件下還原相同質量的該混合物，
所得鐵的物質的量是0.25mol，質量=0.25mol×56g/mol=14g，
故答案為：14g．

點評 本題考查了物質組成、物質性質、實驗設計方案、反應現(xiàn)象的分析判斷、元素守恒計算、離子檢驗等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．