Question

1．铁是人类目前使用最多的金属，可以形成多种氧化物．
 某实验小组欲利用氢气还原法测定某铁的氧化物（Fe_xO_y）的组成，根据实验内容回答下列问题：
I．定性分析：氧化物中铁元素的价态
（1）取适量该氧化物溶于过量的稀硫酸（填“稀硫酸”、“稀盐酸”或“稀硝酸”），取少量溶液分别装入两支洁净的试管甲、乙中．甲试管中加入高锰酸钾溶液，乙试管中加入硫氰化钾溶液，能证明该氧化物中同时含有Fe²⁺、Fe³⁺的现象是：甲试管中溶液紫色变浅或褪去，乙试管中溶液变红．
II．定量分析：氧化物的组成

（2）按各部分仪器在该实验中的作用分析：装置E中盛放的药品是蒸馏水（或NaOH溶液），作用是除去H₂中混有的HCl．
（3）实验装置用上面所列仪器组成，按氢气流向的连接顺序是（括号中填入接口字母）：
a→i→h→g→f→d→e→b→c→j
（4）实验前，将该铁的氧化物放在坩埚内低温烘焙，这样做的目的是：除去样品中的水蒸气，防止U形管产生额外的增重，若缺少此步骤，会导致x：y偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．
（5）称取烘焙后样品3.04g，与氢气充分反应后生成水0.9g，则该样品的组成为：Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃）．

Answer 1

分析 I．定性分析：氧化物中铁元素的价态
（1）证明该氧化物中同时含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入的试剂若加入盐酸，溶液中的氯离子被高锰酸钾溶液氧化，干扰亚铁离子的检验，硝酸具有强氧化性能氧化亚铁离子，甲试管中加入高锰酸钾溶液，乙试管中加入硫氰化钾液，证明含有亚铁离子的现象是甲中褪色，证明含有铁离子的现象是乙中变红色；
II．定量分析：氧化物的组成
（2）分析装置图可知，A装置制备氢气，含有水蒸气和氯化氢杂质，需要通过装置E中的水或氢氧化钠溶液除去氯化氢气体，再通过浓硫酸吸收氢气中的水蒸气，得到干燥纯净的氢气通入装置C中分手氧化还原反应；
（3）分析装置图可知，A装置制备氢气，含有水蒸气和氯化氢杂质，需要通过装置E中的水或氢氧化钠溶液除去氯化氢气体，再通过浓硫酸吸收氢气中的水蒸气，得到干燥纯净的氢气通入装置C中分手氧化还原反应，生成水和铁，水蒸气用装置B吸收称重，最后为避免空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置B影响测定结果，连接装置F；
（4）实验前，将该铁的氧化物放在坩埚内低温烘焙除去固体中的水分，减少实验的测定结果影响，若缺少此步骤，测定水的质量增大，氢气量增大，计算得到氧元素质量增大，x：y比值减小；
（5）依据生成水的质量计算物质的量，结合元素守恒得到氧元素质量和铁元素质量，计算得到x：y，写出化学式．

解答 解：I．定性分析：氧化物中铁元素的价态
（1）证明该氧化物中同时含有Fe²⁺、Fe³⁺，加入的试剂若加入盐酸，溶液中的氯离子被高锰酸钾溶液氧化，干扰亚铁离子的检验，硝酸具有强氧化性能氧化亚铁离子，所以只有选择硫酸，取少量溶液分别装入两支洁净的试管甲、乙中．甲试管中加入高锰酸钾溶液，乙试管中加入硫氰化钾溶液，能证明该氧化物中同时含有Fe²⁺、Fe³⁺的现象是，证明含有亚铁离子的现象是甲中褪色，证明含有铁离子的现象是乙中变红色，
故答案为：稀硫酸；甲试管中溶液紫色变浅或褪去，乙试管中溶液变红；
II．定量分析：氧化物的组成
（2）由装置图可知，A装置制备氢气，含有水蒸气和氯化氢杂质，需要通过装置E中的水或氢氧化钠溶液除去氯化氢气体，再通过浓硫酸吸收氢气中的水蒸气，得到干燥纯净的氢气通入装置C中发生氧化还原反应，
故答案为：蒸馏水（或NaOH溶液）；除去H₂中混有的HCl；
（3）分析装置图可知，A装置制备氢气，含有水蒸气和氯化氢杂质，需要通过装置E中的水或氢氧化钠溶液除去氯化氢气体，再通过浓硫酸吸收氢气中的水蒸气，得到干燥纯净的氢气通入装置C中发生氧化还原反应，生成水和铁，水蒸气用装置B吸收称重，最后为避免空气中的水蒸气和二氧化碳进入装置B影响测定结果，连接装置F，实验装置用上面所列仪器组成，按氢气流向的连接顺序是aihgfdebcj，
故答案为：ihgfdebcj；
（4）实验前，将该铁的氧化物放在坩埚内低温烘焙除去固体中的水分，减少实验的测定结果影响，若缺少此步骤，测定水的质量增大，氢气量增大，计算得到氧元素质量增大，x：y比值减小；
故答案为：故除去样品中的水蒸气，防止U形管产生额外的增重；偏小；
（5）称取烘焙后样品3.04g，与氢气充分反应后生成水0.9g，n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$=0.05mol，氧元素质量=0.05mol×16g/mol=0.8g，铁元素物质的量n（Fe）=$\frac{3.04g-0.8g}{56g/mol}$=0.04mol，n（Fe）=n（O）=0.04：0.05=4：5，则该样品的组成为Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃），
故答案为：Fe₄O₅（或2FeO•Fe₂O₃）．

点评 本题考查了物质组成的实验探究方法和实验设计应用，主要是试剂作用的理解分析，物质性质和实验基本操作是解题的关键，题目难度中等．