Question

14．三氧化二鐵和氧化亞銅都是紅色粉末，常用作顏料．某化學實驗小組對組成中含Fe元素或Cu元素的紅色粉末進行了一系列的實驗．請回答實驗中有關問題：
實驗一：探究紅色粉末的成分
[查閱資料]①Cu₂O是一種堿性氧化物，溶于稀硫酸生成Cu和Cu²⁺，在空氣中加熱生成CuO．②Cu能與溶液中的Fe³⁺作用生成Cu²⁺和Fe²⁺．③溶液中的Fe³⁺遇到KSCN溶液呈紅色．④H₂O₂在酸性條件下能將Fe²⁺轉化為Fe³⁺
[提出假設]假設1：紅色粉末是Fe₂O₃假設2：紅色粉末是Cu₂O
假設3：紅色粉末是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物．
[設計探究實驗]取少量粉末放入足量稀硫酸中，在所得溶液中滴加KSCN溶液．
（1）若假設1成立，則實驗現象是固體完全溶解，溶液變為血紅色．
（2）若假設2成立，則實驗現象是溶液變為藍色，最終溶液中仍有紅色固體．
（3）若固體粉末完全溶解，滴加KSCN溶液時溶液不變紅色，則紅色粉末中一定有Fe₂O₃和Cu₂O此時發生反應的一個復分解反應的化學方程式為Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O．
[實驗結果]經實驗分析，假設3是正確的．
實驗二：測定Cu₂O的質量分數
（4）取a g該固體粉末在空氣中充分加熱，待質量不再變化時，稱其質量為b g（b＞a），則混合物中Cu₂O的質量分數為$\frac{9（b-a）}{a}$×100%．
實驗三：利用該紅色粉末制取較純凈的膽礬經查閱資料得知，在溶液中通過調節溶液的酸堿性而使Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺分別生成沉淀的pH如下表：

物質	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
開始沉淀pH	6.0	7.5	1.4
沉淀完全pH	13	14	3.7

實驗室可供選擇試劑有：A．氨水  B．H₂O₂ C．NaOH   D．Cu₂（OH）₂CO₃
該實驗小組設計實驗方案如下：

（5）請回答：
①試劑1為B（從可供選擇試劑中選擇并填出對應字母編號，②同）；
②試劑2為D；
③固體X的化學式為Fe（OH）₃；
④操作I為加熱濃縮，冷卻結晶．

Answer 1

分析 [提出假設]三氧化二鐵和氧化亞銅都是紅色粉末；
（1）Fe³⁺遇到KSCN溶液呈紅色；
（2）Cu₂O遇到酸產生Cu；
（3）若固體全部溶解，則一定存在Fe₂O₃和Cu₂O；
（4）依據題意，能發生反應的物質為Cu₂O，最后變成CuO，增加的質量就是反應的氧氣的質量，根據質量差計算可以得出Cu₂O的質量分數；
（5）根據表格可知，Fe（OH）₃完全沉淀時，pH最小，故應將Fe²⁺先轉化為Fe³⁺，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe³⁺，但是所加物質不能增加新的雜質．

解答 解：[提出假設]三氧化二鐵和氧化亞銅都是紅色粉末，所以假設3：紅色粉末是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物
（1）若假設1成立，則溶液中含有Fe³⁺，遇到KSCN溶液呈紅色，故現象為：固體完全溶解，溶液變為血紅色；
（2）如果混合物中含有Cu₂O，遇到酸產生Cu，Cu₂O是一種堿性氧化物，溶于稀硫酸生成Cu和CuSO₄，溶液變為藍色，最終溶液中仍有紅色固體，
（3）若固體全部溶解，則一定存在Fe₂O₃和Cu₂O，因為Cu₂O溶于硫酸生成Cu和CuSO₄，而H₂SO₄不能溶解Cu，所以混合物中必須有Fe₂O₃存在，使其生成的Fe³⁺溶解產生的Cu，氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵和水，方程式為：Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O；

（4）依據題意，能發生反應的物質為Cu₂O，最后變成CuO，增加的質量就是反應的氧氣的質量，根據質量差計算可以得出Cu₂O的質量分數．
設樣品中氧化亞銅的質量為m，
2Cu₂O+O₂═4CuO△m
288g            32g
m             （b-a）g
m=9（b-a）g
混合物中Cu₂O的質量分數為$\frac{9（b-a）}{a}$×100%；
（5）根據表格可知，Fe（OH）₃完全沉淀時，pH最小，故應將Fe²⁺先轉化為Fe³⁺，在利用增大pH的方法除去溶液中的Fe³⁺，但是所加物質不能增加新的雜質，故第一步氧化劑應是H₂O₂，再加入Cu₂（OH）₂CO₃，調節pH，使溶液中的Fe³⁺生成沉淀除去．濾液成分為硫酸銅，經加熱濃縮，冷卻結晶、過濾后可得五水硫酸銅晶體，

故答案為：假設3：紅色粉末是Fe₂O₃和Cu₂O的混合物
（1）固體完全溶解，溶液變為血紅色；
（2）溶液變為藍色，最終溶液中仍有紅色固體；
（3）Fe₂O₃和Cu₂O     Fe₂O₃+6HCl═2FeCl₃+3H₂O
（4）$\frac{9（b-a）}{a}$×100%；
（5）B；  D；   Fe（OH）₃；  加熱濃縮，冷卻結晶．

點評 本題考查實驗的設計及評價，以及物質的組成及含量的測定，本題難度較大，做題時注意把握題給信息．