Question

8．某學(xué)習(xí)小組在研究CH₄還原Fe₂O₃的實(shí)驗(yàn)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(shí)會(huì)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(shí)驗(yàn)．
（一）．定性檢驗(yàn)
（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．
（2）熱還原法檢驗(yàn)：按如圖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(kāi)止水夾K通人氫氣，持續(xù)一段時(shí)間后再點(diǎn)燃C處的酒精燈．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

①檢查裝置A氣密性的方法是關(guān)閉止水夾K，往長(zhǎng)頸漏斗加水至漏斗內(nèi)的液面高于導(dǎo)氣管，靜置一段時(shí)間后液面差保持不變，說(shuō)明裝置A的氣密性良好．
②B中試劑的名稱(chēng)是濃硫酸．
③若加熱一段時(shí)間后，裝置D中白色粉末變藍(lán)色，對(duì)黑色粉末的組成得出的結(jié)論是黑色固體含有Fe和Fe₃O₄．
（3）某同學(xué)也設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)探究黑色粉末是否含F(xiàn)e₃O₄：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，滴人KSCN溶液，觀察現(xiàn)象．請(qǐng)分析此方案是否可行，并解釋原因．答：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(cè)定按如圖2實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行測(cè)定．
（4）操作II的名稱(chēng)是過(guò)濾、洗滌、轉(zhuǎn)移固體．
（5）通過(guò)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算黑色粉末中各組分的質(zhì)量分別為Fe：0.56g，F(xiàn)e₃O₄：2.32g．

Answer 1

分析 （1）還原Fe₂O₃的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的關(guān)系，從長(zhǎng)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(jìn)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(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，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(guò)量的鐵反應(yīng)生成亞鐵離子；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入過(guò)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(guò)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(jì)算判斷．

解答 解：（1）還原Fe₂O₃的實(shí)驗(yàn)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，故答案為：Fe；
（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(qiáng)的關(guān)系，從長(zhǎng)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(zhǎng)頸漏斗加水至漏斗內(nèi)的液面高于導(dǎo)氣管，靜置一段時(shí)間后液面差保持不變，說(shuō)明裝置A的氣密性良好；
②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，故答案為：濃硫酸；
③D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；依據(jù)和酸反應(yīng)生成氫氣和驗(yàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(jì)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(guò)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(diǎn)評(píng) 本題考查了探究物質(zhì)組成，測(cè)定物質(zhì)含量的定量實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要考查鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)基本操作的分析判斷，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的推斷和應(yīng)用，元素守恒的計(jì)算應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．