Question

15．某化學研究性學習小組用CO還原Fe₂O₃，并在實驗結束后用磁鐵吸出生成的黑色粉末X進行探究．
[探究目的]分析黑色粉末X的組成，并進行相關實驗．
[查閱資料]
①CO還原Fe₂O₃的實驗中若溫度不同、受熱不均時會生成Fe₃O₄，也能被磁鐵吸引．
②Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O
③Fe+4HNO₃（稀）=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
④3Fe₃O₄+28HNO₃（稀）=9Fe（NO₃）₃+NO↑+14H₂O
[實驗探究]
I．定性檢驗

編號	實驗操作	實驗現象
①	取少量黑色粉末X放入試管1中，注入濃鹽酸，微熱	黑色粉末逐漸溶解，溶液呈黃綠色；有氣泡產生
②	向試管1中滴加幾滴KSCN溶液，振蕩	溶液出現血紅色
③	另取少量黑色粉末X放入試管2中，注入足量硫酸銅溶液，振蕩，靜置	有極少量紅色物質析出，仍有較多黑色固體未溶解

（1）實驗③發生的反應的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．
（2）上述實驗說明黑色粉末X中含有Fe₃O₄和Fe的混合物．
II．定量測定
根據如圖所示的實驗方案進行實驗并記錄數據：

（1）操作Z的名稱是過濾．
（2）通過以上數據，得出13.12g黑色粉末X中各成分的物質的量為Fe：0.11mol、Fe₃O₄：0.03mol．
（3）若溶液Y的體積仍為200mL，則溶液Y中c（Fe³⁺）=1mol/L．

Answer 1

分析 I．（1）極少量紅色物質為銅，該反應為鐵粉和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，發生了金屬的置換反應．
（2）通過①③可判斷Fe的存在．再通過Ⅰ可知黑色粉末為鐵與Fe₃O₄．
Ⅱ．（1）通過加硝酸溶解和足量的氫氧化鈉溶液，生成了氫氧化鐵沉淀，因此操作Z為過濾；
（2）紅棕色固體為氧化鐵，根據鐵原子物質的量守恒和Fe₃O₄和Fe的質量為13.12g列式計算；
（3）溶液Y中鐵離子的物質的量為0.2mol，帶入c=$\frac{n}{V}$計算．

解答 解：I．（1）極少量紅色物質為銅，該反應為鐵粉和硫酸銅反應生成銅和硫酸亞鐵，發生了金屬的置換反應，離子方程式為Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，
故答案為：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；
（2）鐵能和鹽酸反應生成氣體，且鐵和銅離子發生置換反應生成紅色的銅，據此現象判斷存在鐵；Fe³⁺能使KSCN溶液呈現血紅色，這是Fe³⁺的特征反應，據此判斷Fe₃O₄的存在．故黑色粉末X為Fe₃O₄和Fe的混合物．
故答案為：Fe₃O₄和Fe的混合物；
Ⅱ．（1）通過加硝酸溶解和足量的氫氧化鈉溶液，生成了氫氧化鐵沉淀，因此操作Z為過濾，
故答案為：過濾；
（2）紅棕色固體為氧化鐵，16g氧化鐵中含有鐵原子的物質的量為$\frac{16g}{160g/mol}$×2=0.2mol，設13.12g混合固體中鐵的物質的量為xmol，Fe₃O₄的物質的量為ymol，則
①x+3y=0.2mol②56x+232y=13.12 兩式聯立求得x=0.11mol，y=0.03mol，
故答案為：Fe：0.11mol、Fe₃O₄：0.03mol；
（3）通過（2）中計算可知鐵離子的物質的量為0.2mol，因此c（Fe³⁺）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，
故答案為：1．

點評 本題考查了鐵及其重要化合物的性質，涉及化學實驗基本操作、物質的量的計算等基本原理以及定量計算測定等，對知識綜合運用，考查思維能力，難度較大，清楚實驗原理、思路．