Question

14．某化學(xué)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為進(jìn)一步探究黑色粉末的組成及含量，他們進(jìn)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Fe，產(chǎn)生氣泡的離子方程式為Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）熱還原法檢驗：按如圖裝置連接好儀器（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通入氫氣，持續(xù)一段時間后再點燃C處的酒精燈．

請回答下列問題：
①B中試劑的名稱是濃硫酸．
②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)論是是（填“是或否”）含有Fe₃O₄．
③綜上所述：黑色粉末的組成為Fe和Fe₃O₄．
（3）為進(jìn)一步證明黑色粉末是否含F(xiàn)e₃O₄．，某同學(xué)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．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．
（二）、沉淀法定量測定
為進(jìn)一步分析該黑色粉中兩組分的比例關(guān)系，按如下實驗流程進(jìn)行測定．

（4）操作II的名稱是過濾、洗滌、轉(zhuǎn)移固體．
（5）通過以上數(shù)據(jù)，計算黑色粉末中兩組分的質(zhì)量分別為Fe、0.56g，F(xiàn)e₃O₄、2.32g．

Answer 1

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氣體進(jìn)入C裝置前需要除去水蒸氣，否則以炸裂玻璃管；
②D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，據(jù)此判斷；
③黑色粉末中滴加鹽酸，有氣體產(chǎn)生，說明有鐵，裝置D中有水產(chǎn)生，說明黑色粉末中有四氧化三鐵，據(jù)此答題；
（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(xué)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氣體進(jìn)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，所以B中的試劑為濃硫酸，
故答案為：濃硫酸；
②D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Fe₃O₄，
故答案為：是；
③黑色粉末中滴加鹽酸，有氣體產(chǎn)生，說明有鐵，裝置D中有水產(chǎn)生，說明黑色粉末中有四氧化三鐵，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(xué)方程式，結(jié)合鐵元素守恒計算判斷；
Fe+Fe₃O₄$\stackrel{足量稀鹽酸}{→}$FeCl₂  FeCl₃$\stackrel{足量氨水，足量氫氧化鈉}{→}$Fe（OH）₂ Fe（OH）₃$\stackrel{灼燒至恒重}{→}$Fe₂O₃；
依據(jù)反應(yīng)過程中鐵元素守恒，3.2gFe₂O₃物質(zhì)的量=$\frac{3.2g}{160g/mol}$=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(qiáng)，題目難度中等．