Question

【題目】研究小組進行木炭還原氧化鐵的探究活動。將木炭、氧化鐵及試管充分烘干，并將木炭和氧化鐵混合均勻、研磨。取適量上述混合物于試管中，用圖1所示的裝置加熱（試管豎直向上，可使加熱時的熱量盡少散失）。

【提出問題】實驗結(jié)束后，試管中的剩余固體X含有哪些成分，質(zhì)量分別是多少？

【查閱資料】

鐵的氧化物被還原時，是從高價鐵的氧化物逐級還原成低價鐵的氧化物，最后還原成金屬鐵。鐵的氧化物及其部分性質(zhì)如下：

為紅色固體； 和均為黑色固體。其中，具有很好的磁性，能被磁鐵吸引。三種氧化物均不溶于水，但能溶于稀鹽酸，分別發(fā)生如下反應(yīng)：

Fe2O3+6HCl ══ 2FeCl3+3HO

Fe3O4+8HCl ══ 2FeCl3+FeCl2+4H2O

FeO+2HCl ══ FeCl2 + H2O

黃色的溶液中滴入無色的KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，該實驗常用于檢驗；溶液遇單質(zhì)鐵發(fā)生反應(yīng)：2FeCl3 + Fe = 3FeCl2，溶液變?yōu)闇\綠色。

【猜想】固體X可能含有：① ② ③ ④ ⑤

【實施實驗】

目的：確定固體X的組成。

步驟	操作	主要現(xiàn)象	結(jié)論
I	取部分冷卻后的固體X倒在濾紙上，用磁鐵充分吸引。	部分固體被吸引到磁鐵上	可能有或
II	取濾紙上的剩余固體少量，放入圖2所示的試管a中，通入氧氣，用酒精燈加熱。	固體劇烈燃燒， b中溶液變渾濁	一定有
III	另取濾紙上的剩余固體少量，放入試管中，加入足量的稀鹽酸。	無明顯現(xiàn)象	一定沒有
IV	取步驟I磁鐵上的固體少量，放入試管中，逐滴加入稀鹽酸。	產(chǎn)生 。	一定有
V	在步驟IV所得溶液中逐滴加入 。	溶液不變紅色	一定沒有

【反思改進】

同學(xué)們討論發(fā)現(xiàn)，用上述實驗方法不能確定固體X中一定沒有，理由是 。

為確定固體X中是否含Fe3O4并測定其中各成分的質(zhì)量，同學(xué)們又進行了以下實驗：

步驟	操作	數(shù)據(jù)
I	重新取部分冷卻至室溫的固體X，稱量其質(zhì)量為m1。	m1 = 17.9 g
II	將稱量好的固體X全部放入圖3所示的錐形瓶中，稱量整套裝置及藥品的質(zhì)量為m2；打開分液漏斗旋塞，放入足量稀鹽酸后關(guān)閉旋塞，待沒有氣泡產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫，再次稱量整套裝置及藥品的質(zhì)量m3。	m2 = 317.9 g m3 = 317.3.g
III	將錐形瓶中剩余的固體過濾、洗滌并干燥，稱量其質(zhì)量為m4。	m4 = 1.1 g

【獲得結(jié)論】

（1）為確定固體X中是否含，m1~m4中應(yīng)該用到的數(shù)據(jù)有 。

（2）固體X的成分及質(zhì)量分別是 。

Answer 1

【答案】【猜想】④；【實施實驗】III. 和；IV.氣泡；V.溶液；【反思改進】固體X中如果含有，步驟V中加入鹽酸后，由于鐵與氯化鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵，遇硫氰化鉀溶液也不變?yōu)檠�紅色.【獲得結(jié)論】(1)m1、m2、m3和m4；(2)：1.1g；：16.8g

【解析】【猜想】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知剩余固體X中可能還含有；

【實施實驗】III. 因為氧化亞鐵和稀鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵，使溶液呈淺綠色，氧化鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵，使溶液呈黃色，所以如果取濾紙上的剩余固體少量，放入試管中，加入足量的稀鹽酸，沒有明顯現(xiàn)象，說明一定沒有和；IV.因為鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氫氣，所以取步驟I磁鐵上的固體少量，放入試管中，逐滴加入稀鹽酸，如果有氣泡產(chǎn)生，則固體中一定含有鐵；V. 因為四氧化三鐵與稀鹽酸反應(yīng)生成氯化鐵和氯化亞鐵及水，且黃色的溶液中滴入無色的溶液，溶液變?yōu)榧t色，所以在步驟IV所得溶液中逐滴加入溶液，若固體中不含有四氧化三鐵，則溶液不變紅色；

【反思改進】又因為溶液遇單質(zhì)鐵發(fā)生反應(yīng)：可知，如果固體X中含有，步驟V中加入鹽酸后，由于鐵與氯化鐵反應(yīng)生成氯化亞鐵，遇硫氰化鉀溶液也不變?yōu)檠�紅色.

【獲得結(jié)論】(1)要確定固體X中是否含，由表格中的數(shù)據(jù)可知m1是固體總質(zhì)量，m2和m3的質(zhì)量差為鐵與酸反應(yīng)生成的氫氣質(zhì)量，即：317.9g-317.3g=0.6g；m4是不與酸反應(yīng)的碳的質(zhì)量，即17.9g固體中含有1.1g的碳；因此要測定固體X中是否含有四氧化三鐵，需要m1、m2、m3和m4四個數(shù)據(jù).

設(shè)固體混合物中含有鐵的質(zhì)量為x，

56 2

x 0.6g

56：x=2：0.6g x=16.8g

所以固體X中含有：1.1g；：16.8g，不含有四氧化三鐵.

試題分析：【猜想】根據(jù)質(zhì)量守恒定律進行猜想；【實施實驗】根據(jù)氧化亞鐵、四氧化三鐵、鐵與稀鹽酸的反應(yīng)現(xiàn)象，以及氯化鐵與氰化鉀溶液反應(yīng)的顏色變化分析；【反思改進】根據(jù)鐵與氯化鐵反應(yīng)會生成氯化亞鐵，氯化亞鐵遇氰化鉀不變紅色分析；【獲得結(jié)論】根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)可知m1是固體總質(zhì)量，m2和m3的質(zhì)量差為鐵與酸反應(yīng)生成的氫氣質(zhì)量，即：317.9g-317.3g=0.6g；m4是不與酸反應(yīng)的碳的質(zhì)量，即17.9g固體中含有1.1g的碳分析；根據(jù)反應(yīng)中生成氫氣的質(zhì)量可以計算固體中鐵的質(zhì)量，根據(jù)鐵和碳的質(zhì)量可以判斷固體中是否含有四氧化三鐵.