Question

10．實驗室有一包暗紅色粉末樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃和FeO的混合物．經測定后，結論是不存在FeO．
I．某學生想自己設計實驗方案，以證明樣品中確實沒有FeO．除樣品外，實驗室只提供以下試劑：KMnO₄溶液、稀鹽酸、稀硫酸、KSCN溶液、NaOH溶液，請你描述實驗操作的步驟、實驗現象和結論：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO．
Ⅱ．測定混合物中Fe₂O₃的含量
實驗室可用多種方法測定上述樣品中Fe₂O₃的質量分數，某同學稱取a g樣品用下圖所示裝置測定Fe₂O₃的質量分數．

請回答下列問題：
（1）裝置B中盛放樣品的儀器名稱是錐形瓶，A中的試劑是氫氧化鈉溶液．
（2）裝置B中反應的離子方程式為MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O．
（3）實驗過程中需要持續通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”B中反應物以實現充分反應外，還有一個重要作用是將反應產生的CO₂氣體盡可能徹底的趕入裝置C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收．
（4）若后續實驗測得C中沉淀的質量為b g，則Fe₂O₃的質量分數為$\frac{197a-84b}{197a}$×100%．測C中沉淀的操作是過濾、洗滌、干燥、稱量．
（5）有同學認為將裝置C與D交換，測出裝置D在吸收反應產生的氣體前后的質量差，同樣可以測得Fe₂O₃的質量分數．請你對此方案作出評價：不能，因為生成的二氧化碳氣體中含有水蒸氣，通過裝置D會被吸收，裝置D增重為二氧化碳和水蒸氣的質量．

Answer 1

分析 Ⅰ．若Fe₂O₃中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，則具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強氧化性，可利用KMnO₄溶液褪色來證明；根據檢驗方法寫出實驗操作時的步驟、實驗現象和結論；
Ⅱ．（1）樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃固體，放入錐形瓶中，通過分液漏斗加入鹽酸發生反應，和碳酸鎂反應生成二氧化碳氣體，A中是氫氧化鈉溶液，通過裝置A通入空氣除去二氧化碳后把裝置中的空氣趕凈，反應后把生成的二氧化碳全部趕入裝置C吸收；
（2）裝置B中反應是MgCO₃、Fe₂O₃固體和鹽酸反應，碳酸鎂和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水；
（3）根據通入空氣還可以將碳酸鈣與鹽酸反應生成的二氧化碳驅趕到裝置B中分析；
（4）若后續實驗測得C中沉淀的質量為b g，為碳酸鋇沉淀，依據碳元素守恒計算碳酸鎂的質量，得到原樣品中氧化鐵質量得到質量分數；溶液中沉淀通過過濾得到沉淀、洗滌、干燥、稱量．

解答 解：Ⅰ．若Fe₂O₃中含有FeO，利用稀酸（非氧化性）溶解后生成的亞鐵離子，則具有還原性，而給出的試劑中KMnO₄溶液具有強氧化性，可使KMnO₄溶液褪色，
則選擇試劑為稀硫酸、KMnO₄溶液；實驗操作時的步驟、實驗現象和結論為：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO，
故答案為：取少量樣品溶于試管中，配成溶液后，再滴入幾滴稀硫酸和幾滴KMnO₄溶液，只要溶液不褪色或不變淺，即說明樣品中無FeO；
Ⅱ．（1）樣品可能是MgCO₃、Fe₂O₃固體，放入錐形瓶中，通過分液漏斗加入鹽酸發生反應，和碳酸鎂反應生成二氧化碳氣體，A中是氫氧化鈉溶液，通過裝置A通入空氣除去二氧化碳后把裝置中的空氣趕凈，反應后把生成的二氧化碳全部趕入裝置C吸收，
故答案為：錐形瓶；氫氧化鈉溶液；
（2）裝置B中反應是MgCO₃、Fe₂O₃固體和鹽酸反應，碳酸鎂和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，反應的離子方程式為：MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，氧化鐵和鹽酸反應生成氯化鐵和水，反應的離子方程式為：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：MgCO₃+2H⁺=Mg²⁺+CO₂↑+H₂O，Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O；
（3）實驗過程中需要持續通入空氣，其作用除可以起到“攪拌”B中反應物達到充分反應外，還可以使反應生成的二氧化碳盡可能徹底的趕入裝置A中，使反應生成的二氧化碳能夠被氫氧化鋇溶液完全吸收，
故答案為：將反應產生的CO₂氣體盡可能徹底的趕入裝置C中，使之完全被Ba（OH）₂溶液吸收；
（4）若后續實驗測得C中沉淀的質量為b g，為碳酸鋇沉淀物質的量n（BaCO₃）=$\frac{bg}{197g/mol}$，依據碳元素守恒計算碳酸鎂的質量=$\frac{bg}{197g/mol}$×84g/mol=$\frac{84b}{197}$g，得到原樣品中氧化鐵質量得到質量分數=$\frac{ag-\frac{84b}{197}g}{ag}$×100%=$\frac{197a-84b}{197a}$×100%，溶液中沉淀通過過濾得到沉淀、洗滌、干燥、稱量，
故答案為：$\frac{197a-84b}{197a}$×100%；過濾；洗滌；
（5）將裝置C與D交換，測出裝置D在吸收反應產生的氣體前后的質量差為二氧化碳和水蒸氣的質量，不能測得Fe₂O₃的質量分數，
故答案為：不能，因為生成的二氧化碳氣體中含有水蒸氣，通過裝置D會被吸收，裝置D增重為二氧化碳和水蒸氣的質量．

點評 本題考查了實驗探究物質組成和含量的實驗過程分析判斷，主要是混合物反應后生成氣體的質量測定方法，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．