Question

由Fe₂O₃、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验（部分产物略去）：

（1）取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成．取上层清液，通入CO₂，无明显变化，说明样品中不含有的物质是（填写化学式）

 

．
（2）Z为一种或两种气体：
①若试剂a为饱和NaHCO₃溶液，且Z只为一种气体．则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是

 

．写出气体Z的电子式

 

．
②若试剂a为适量水，且Z为两种气体的混合物，则Z中两种气体的化学式是

 

．
（3）向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是

 

．
（4）取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H₂O₂，溶液呈呈蓝色并有红褐色沉淀生成．当消耗2mol I^-时，共转3mol电子，该反应的离子方程式是

 

．
（5）另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应．若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是（各组合中的物质用化学式表示）

 

．

Answer 1

考点：物质的检验和鉴别的实验方案设计

专题：物质检验鉴别题

分析：能与Fe₂O₃、Fe、CuO、C、Al物质反应产生两种气体的浓酸不可能是浓盐酸；如果是浓硫酸，可以与Fe、C、Al单质发生氧化还原反应，浓硫酸被还原为SO₂，C被氧化为CO₂，Fe和Al被氧化为Fe³⁺和Al³⁺；如果是浓硝酸，则两种气体是CO₂和NO₂，其变化与加浓硫酸的反应相同．无论是那种浓酸均可以使两种氧化物Fe₂O₃、CuO转化为对应的盐．
（1）无论加什么浓酸（硫酸和硝酸），溶液X中都可能含有Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺三种金属阳离子．向溶液X中加入过量的NaOH溶液，可转化为Fe（OH）₃和Cu（OH）₂沉淀析出，如果有Al³⁺，则可转化为ALO₂^-离子，如果上层清液，通入CO₂后，会发生反应，产生白色沉淀Al（OH）₃．
（2）①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO₃溶液，则z为CO₂，两种气体中一种与NaHCO₃溶液生成CO₂，应为SO₂，则浓酸为浓硫酸．
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则其中一种为NO₂，气体Z为NO、CO₂化合物，则浓酸为浓硝酸．
（3）向溶液X中加过量Fe粉，得Y溶液和两种固体，且一种固体为红色（Cu），另一种就是过量的Fe粉．
向Y溶液中通入过量氯气，并不断搅拌，会发生如下反应：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺  2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺  Cl₂+H₂O=HCl+HClO，充分反应后，溶液中的阳离子是：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺．
（4）取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H₂O₂，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成．说明产物有I₂和Fe（OH）₃，H₂O₂作氧化剂，I^-、Fe²⁺共同还原H₂O₂．当消耗2 mol I^-时，共转移3 mol电子，转移3 mol电子其中2 mol 来自I^-，令外1 mol电子来自Fe²⁺．即氧化的I^-与Fe²⁺之比是2：1，需要H₂O₂再提供3mol电子．
（5）由前几问知，样品中一定没有Al，一定有CuO和C，不能确定是否有Fe和Fe₂O₃，加入足量稀硫酸后一定不产生Cu，那么排除Fe，Fe₂O₃有没有不一定．

解答： 解：（1）无论加什么浓酸（硫酸和硝酸），溶液X中都可能含有Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺三种金属阳离子．向溶液X中加入过量的NaOH溶液，可转化为Fe（OH）₃和Cu（OH）₂沉淀析出，如果有Al³⁺，则可转化为ALO₂^-离子，如果上层清液，通入CO₂后，会发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，产生白色沉淀Al（OH）₃，所以，可以肯定溶液X中没有AlO₂^-，样品中没有Al．
故答案为：Al．
（2）①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO₃溶液，则z为CO₂，两种气体中一种与NaHCO₃溶液生成CO₂，应为SO₂，则浓酸为浓硫酸．反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，二氧化碳是直线型分子，电子式为：；
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；；
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则其中一种为NO₂，气体Z为NO、CO₂化合物，则浓酸为浓硝酸．
故答案为：NO、CO₂；
（3）向溶液X中加过量Fe粉，得Y溶液和两种固体，且一种固体为红色（Cu），另一种就是过量的Fe粉，这个过程发生了置换反应：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，向Y溶液中通入过量氯气，并不断搅拌，会发生如下反应：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cl₂+H₂O=HCl+HClO，充分反应后，溶液中的阳离子是：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺（特别注意没有了Fe²⁺）．
故答案为：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺；
（4）取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H₂O₂，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成．I^-、Fe²⁺共同还原H₂O₂．当消耗2 mol I^-时，共转移3 mol电子，转移3 mol电子其中2 mol 来自I^-，令外1 mol电子来自Fe²⁺．即氧化的I^-与Fe²⁺之比是2：1，需要H₂O₂再提供3mol电子．这反应方程式：2Fe²⁺+3H₂O₂+4I^-=2Fe（OH）₃↓+2I₂．
故答案为：2Fe²⁺+3H₂O₂+4I^-=2Fe（OH）₃↓+2I₂． 
（5）根据前面分析可知，样品中一定没有Al，一定有CuO和C，不能确定是否有Fe和Fe₂O₃，加入足量稀硫酸后一定不产生Cu，那么排除Fe，符合整个设问的组合只有两种为：CuO、C；CuO、C、Fe₂O₃．
故答案为：CuO和C或者Fe₂O₃、CuO和C．

点评：无机推断题为主体的综合题，主要考查金属单质、金属氧化物、非金属单质的性质．本题综合性强，涉及知识面广，难度较大．