Question

某學習小組在研究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．為進一步探究黑色粉末的組成及含量，他們進行如下實驗．一．定性檢驗
   （1）往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產(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：按圖1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檢查裝置A氣密性的方法是

 

．
       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，某同學設(shè)計實驗方案如下：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，滴入KSCN溶液，觀察現(xiàn)象．請分析此方案是否可行，并解釋原因．答：

 

．
二．沉淀法定量測定
按如圖2實驗流程進行測定． 
   （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質(zhì)量分別為

 

．

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）①裝置A是啟普發(fā)生器的原理應(yīng)用，關(guān)閉止水夾，依據(jù)氣體壓強的關(guān)系，從長頸漏斗加入水至一定高度，看水面是否變化分析是否漏水；
②氣體進入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，不變血紅色可能有兩種情況，一種是五鐵離子存在，一種是有鐵離子存在，和過量的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子；
（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)的化學方程式計算判斷．

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，換貨二者混合物，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裝置A是啟普發(fā)生器的原理應(yīng)用，關(guān)閉止水夾，依據(jù)氣體壓強的關(guān)系，從長頸漏斗加入水至一定高度，看水面是否變化分析是否漏水；
故答案為：關(guān)閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內(nèi)的液面高于導(dǎo)氣管，靜置一段時間后液面差保持不變，說明裝置A的氣密性良好；
②氣體進入C裝置前需要除去水蒸氣，否則以炸裂玻璃管；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，不變血紅色可能有兩種情況，一種是五鐵離子存在，一種是有鐵離子存在，和過量的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子；所以方案不正確；
故答案為：不可行，因Fe₃O₄溶于鹽酸生成Fe³⁺與Fe反應(yīng)生成Fe²⁺，溶液不變色；
（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；
故答案為：過濾；洗滌；
（5）依據(jù)反應(yīng)的化學方程式，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

灼燒至恒重

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
解方程得到X=0.01mol；Y=0.01mol；鐵的質(zhì)量為5.6g；四氧化三鐵的質(zhì)量為2.32g；
故答案為：Fe、0.56g，F(xiàn)e₃O₄、2.32g．

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．