Question

6．有難溶于水的粉末狀固體樣品，可能含Al、Fe₂O₃、Cu₂O、SiO₂、Fe₃O₄中的一種或幾種．研究小組通過實驗確定樣品的成分．查閱資料知：Cu₂O+2H⁺ Cu+Cu²⁺+H₂O；
實驗步驟：
Ⅰ．取一定量樣品于燒杯中，加足量NaOH溶液，有氣體產生，過濾得固體A和無色溶液B；
Ⅱ．向B中加入稀硫酸，出現白色沉淀，繼續滴加稀硫酸至過量，白色沉淀完全溶解；
Ⅲ．向A中加入足量稀硫酸并微熱，固體完全溶解，得溶液C；
Ⅳ．向C中加入NaClO至溶液的pH為4～5，產生紅褐色沉淀，過濾得到藍綠色溶液D；
Ⅴ．向D中加入NaOH至溶液的pH為7～8，產生藍色絮狀沉淀．
請回答下列問題．
（1）Ⅰ中產生氣體的離子方程式為2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）由Ⅰ、Ⅱ知，原樣品中一定不存在的物質是SiO₂．
（3）溶液C中除H⁺、Cu²⁺外一定還含有另一種陽離子，為驗證存在該陽離子，可選用的試劑為K₃[Fe（CN）₆]溶液或酸性KMnO₄溶液，對應的現象是向待測液中滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，出現藍色沉淀（或向酸性KMnO₄溶液中滴加待測液，褪色．此處不能選KSCN和氯水，因為不確定溶液中是否存在Fe³⁺）．
（4）Ⅳ中加NaClO的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀．
（5）將Ⅳ中得到的溶液D電解，若電路中有0.1mol電子通過，則理論上陰極質量增重3.2g．
（6）由上述實驗可以獲得結論：原樣品所有可能的成分組合為組合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；組合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄；組合3：Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄（用化學式表示）．

Answer 1

分析 Ⅰ．取一定量樣品于燒杯中，加足量NaOH溶液，有氣體產生，證明一定含有金屬鋁，過濾得到固體A和無色溶液B，溶液B一定含NaAlO₂溶液；
Ⅱ．向B中加入稀硫酸，出現白色沉淀，繼續滴加稀硫酸至過量，白色沉淀完全溶解，說明溶液B只有NaAlO₂溶液，沒有硅酸鈉，則推斷固體樣品不含二氧化硅；
Ⅲ．因為Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，向A中加入足量稀硫酸并微熱，完全溶解，則必定三價鐵生成即Fe₂O₃或Fe₃O₄或Fe₂O₃和Fe₃O₄，將生成的單質銅氧化成銅離子而全部溶解，所以溶液C必定含過量的氫離子、二價鐵、二價銅的混合溶液；
Ⅳ．向C中加入NaClO，將二價鐵氧化成三價鐵，調節溶液的pH至4～5，產生紅褐色沉淀，過濾得到藍綠色溶液D為二價銅的溶液；
Ⅴ．向D中加入NaOH，調節溶液的pH到7～8，產生藍色絮狀沉淀為氫氧化銅；
綜上所述：固體樣品中組成為組合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；組合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄；組合3：Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄．；一定不含SiO₂；依據推斷出的物質分析回答．

解答 解：（1）取一定量樣品于燒杯中，加足量NaOH溶液，有氣體產生，證明一定含有金屬鋁，方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由Ⅱ向B中加入稀硫酸，出現白色沉淀，繼續滴加稀硫酸至過量，白色沉淀完全溶解，說明溶液B只有NaAlO₂溶液，沒有硅酸鈉，則推斷固體樣品不含二氧化硅；
故答案為：SiO₂；
（3）因為Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，向A中加入足量稀硫酸并微熱，完全溶解，則必定含Fe₃O₄與硫酸反應生成三價鐵，將生成的單質銅氧化成銅離子而全部溶解，所以溶液C必定含過量的氫離子、二價鐵、二價銅的混合溶液可能還含有三價鐵；所以在含有三價鐵的溶液中檢驗二價鐵一般用K₃[Fe（CN）₆]溶液或酸性KMnO₄溶液：向待測液中滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，出現藍色沉淀，或向酸性KMnO₄溶液中滴加待測液，褪色．此處不能選KSCN和氯水，因為不確定溶液中是否存在Fe³⁺），
故答案為：K₃[Fe（CN）₆]溶液或酸性KMnO₄溶液；向待測液中滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，出現藍色沉淀（或向酸性KMnO₄溶液中滴加待測液，褪色．此處不能選KSCN和氯水，因為不確定溶液中是否存在Fe³⁺）；
（4）根據氫氧化物在溶液中沉淀的pH表，Ⅳ中加NaClO的目的是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀；
（5）由于加入NaClO，將二價鐵氧化成三價鐵，調節溶液的pH至4～5，產生紅褐色沉淀，過濾得到藍綠色溶液D，所以D溶液中含有還原產物氯離子，根據電子守恒，電路中有0.1mol電子通過，則理論上陰極質量增重質量為：$\frac{0.1}{2}$×64=3.2g，
故答案為：3.2；
（6）根據以上分析可能的組合為：組合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；組合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄；組合3：Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄，
故答案為：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；Al、Cu₂O、Fe₃O₄；Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄．

點評 本題考查了了未知物的檢驗，題目難度中等，側重考查物質檢驗的方法和現象應用、化學方程式的書寫方法，物質檢驗的方案設計，明確常見物質的性質及檢驗方法為解答關鍵．