Question

14．某化学学习小组在研究CH₄还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引．查阅资料得知：在温度不同、受热不均时会生成具有磁性的Fe₃O₄为进一步探究黑色粉末的组成及含量，他们进行如下实验．
（一）定性检验
（1）往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，则黑色粉末中一定有Fe，产生气泡的离子方程式为Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（2）热还原法检验：按如图装置连接好仪器（图中夹持设备已略去），检查装置的气密性．往装置中添加药品．打开止水夹K通入氢气，持续一段时间后再点燃C处的酒精灯．

请回答下列问题：
①B中试剂的名称是浓硫酸．
②若加热一段时间后，装置D中白色粉末变蓝色，对黑色粉末的组成得出的结论是是（填“是或否”）含有Fe₃O₄．
③综上所述：黑色粉末的组成为Fe和Fe₃O₄．
（3）为进一步证明黑色粉末是否含Fe₃O₄．，某同学设计实验方案如下：取少量黑色粉末于试管，加足量盐酸，充分振荡使黑色粉末完全溶解，滴入KSCN溶液，观察现象．请分析此方案是否可行，并解释原因．不可行，因Fe₃O₄溶于盐酸生成Fe³⁺与Fe反应生成Fe²⁺，溶液不变色．
（二）、沉淀法定量测定
为进一步分析该黑色粉中两组分的比例关系，按如下实验流程进行测定．

（4）操作II的名称是过滤、洗涤、转移固体．
（5）通过以上数据，计算黑色粉末中两组分的质量分别为Fe、0.56g，Fe₃O₄、2.32g．

Answer 1

分析 （1）还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；
（2）①气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管；
②D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe₃O₄ 被氢气还原生成水，据此判断；
③黑色粉末中滴加盐酸，有气体产生，说明有铁，装置D中有水产生，说明黑色粉末中有四氧化三铁，据此答题；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，不变血红色可能有两种情况，一种是五铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
（5）依据反应的化学方程式计算判断．

解答 解：（1）还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，应为铁或四氧化三铁，换货二者混合物，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；发生反应Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑黑色粉末中一定含有铁，
故答案为：Fe；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）①气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管，吸收氢气中的水蒸气用浓硫酸溶液，所以B中的试剂为浓硫酸，
故答案为：浓硫酸；
②D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe₃O₄ 被氢气还原生成水，发生反应4H₂+Fe₃O₄=3Fe+4H₂O，判断可以含有Fe₃O₄，
故答案为：是；
③黑色粉末中滴加盐酸，有气体产生，说明有铁，装置D中有水产生，说明黑色粉末中有四氧化三铁，故答案为：黑色固体含有Fe和Fe₃O₄；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，不变血红色可能有两种情况，一种是五铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；所以方案不正确；
故答案为：不可行，因Fe₃O₄溶于盐酸生成Fe³⁺与Fe反应生成Fe²⁺，溶液不变色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
故答案为：过滤；洗涤；
（5）依据反应的化学方程式，结合铁元素守恒计算判断；
Fe+Fe₃O₄$\stackrel{足量稀盐酸}{→}$FeCl₂  FeCl₃$\stackrel{足量氨水，足量氢氧化钠}{→}$Fe（OH）₂ Fe（OH）₃$\stackrel{灼烧至恒重}{→}$Fe₂O₃；
依据反应过程中铁元素守恒，3.2gFe₂O₃物质的量=$\frac{3.2g}{160g/mol}$=0.02mol；
设铁物质的量为X，四氧化三铁物质的量为Y，得到：56X+232Y=2.88   X+3Y=0.02×2
解方程得到X=0.01mol；Y=0.01mol；铁的质量为5.6g；四氧化三铁的质量为2.32g；
故答案为：Fe、0.56g，Fe₃O₄、2.32g．

点评 本题考查了探究物质组成，测定物质含量的定量实验操作和实验设计，主要考查铁及其化合物的性质应用，实验基本操作的分析判断，实验现象的推断和应用，元素守恒的计算应用，综合性较强，题目难度中等．