Question

8．某學習小組在研究CH₄還原Fe₂O₃的實驗中，發現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．為進一步探究黑色粉末的組成及含量，他們進行如下實驗．
（一）．定性檢驗
（1）往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產生，則黑色粉末中一定有Fe．
（2）熱還原法檢驗：按如圖1裝置連接好儀器（圖中夾持設備已略去），檢查裝置的氣密性．往裝置中添加藥品．打開止水夾K通人氫氣，持續一段時間后再點燃C處的酒精燈．請回答下列問題：

①檢查裝置A氣密性的方法是關閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內的液面高于導氣管，靜置一段時間后液面差保持不變，說明裝置A的氣密性良好．
②B中試劑的名稱是濃硫酸．
③若加熱一段時間后，裝置D中白色粉末變藍色，對黑色粉末的組成得出的結論是黑色固體含有Fe和Fe₃O₄．
（3）某同學也設計一個實驗方案來探究黑色粉末是否含Fe₃O₄：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，觀察現象．請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反應生成Fe²⁺，溶液不變色．
（二）．沉淀法定量測定按如圖2實驗流程進行測定．
（4）操作II的名稱是過濾、洗滌、轉移固體．
（5）通過以上數據，計算黑色粉末中各組分的質量分別為Fe：0.56g，Fe₃O₄：2.32g．

Answer 1

分析 （1）還原Fe₂O₃的實驗中，發現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，觀察到有氣泡產生，證明含有金屬鐵；
（2）①裝置A是啟普發生器的原理應用，關閉止水夾，依據氣體壓強的關系，從長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色證明反應有水生成，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，和過量的鐵反應生成亞鐵離子；
（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，放在坩堝內灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；
（5）依據反應的化學方程式計算判斷．

解答 解：（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發現生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，應為鐵或四氧化三鐵，換貨二者混合物，往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產生，證明含有金屬鐵，故答案為：Fe；
（2）①裝置A是啟普發生器的原理應用，關閉止水夾，依據氣體壓強的關系，從長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：關閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內的液面高于導氣管，靜置一段時間后液面差保持不變，說明裝置A的氣密性良好；
②氣體進入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色證明反應有水生成，黑色固體中含有Fe₃O₄ 被氫氣還原生成水，發生反應4H₂+Fe₃O₄=3Fe+4H₂O，判斷可以含有；依據和酸反應生成氫氣和驗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，和過量的鐵反應生成亞鐵離子，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）依據反應的化學方程式，結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；
依據反應過程中鐵元素守恒，3.2gFe₂O₃物質的量=$\frac{3.2g}{160g/mol}$=0.02mol；
設鐵物質的量為X，四氧化三鐵物質的量為Y，得到：56X+232Y=2.88   X+3Y=0.02×2
解方程得到X=0.01mol；Y=0.01mol；鐵的質量為5.6g；四氧化三鐵的質量為2.32g，
故答案為：Fe：0.56g，Fe₃O₄：2.32g．

點評 本題考查了探究物質組成，測定物質含量的定量實驗操作和實驗設計，主要考查鐵及其化合物的性質應用，實驗基本操作的分析判斷，實驗現象的推斷和應用，元素守恒的計算應用，綜合性較強，題目難度中等．