Question

某研究性学习小组在CO还原Fe₂O₃的实验中，用磁铁吸出生成的黑色粉末X．有人认为X不一定只是Fe，因为温度不同、受热不均时会生成Fe₃O₄，Fe₃O₄也能被磁铁吸引．，为探究X的组成，进行如下实验．
（一）提出假设①X的成分为Fe
②X的成分为Fe₃O₄
③X的成分为Fe与Fe₃O₄的混合物
（二）设计方案
I-定性探究
（1）将适量固体X加入盐酸中，充分反应后，加入适量的KSCN溶液，若溶液未变红色，

 

 （填“能”或“不能”）表明固体X中不含Fe₃0₄．简述理由

 

（2）某同学采用还原法检验X中是否含有Fe₃0₄．

①按如图连接装置，并检查装置的气密性．
②打开止水夹，通入纯净的H₂．在点燃A处的酒精灯之前，需排尽装置内的空气，原因是

 

．
③若加热一段时间后，装置B中的白色固体部分变为蓝色，可得出的结论是

 

（3）若要进一步证明X的组成，还得进行的实验是（简述实验操作、现象）

 

结论：

 

．
II．定量探究
某同学利用（2）装置，通过定量实验也可探究X的组成．
①己知a管质量为122.0g，取18.0g干燥X粉末加入a中．
②按（2）进行实验至B中无水硫酸铜颜色不再变化，停止加热，继续通H₂至a管恢复室温
③相同条併吓称量，a管质量（含粉末）为138.4g．试通过计算分析X的组成．（要求写出计算过程）

Answer 1

分析：（1）根据铁能够与铁离子反应生成亚铁离子分析；
（2）②根据氢气与空气中氧气混合会发生爆炸及氢气与氧气反应生成水干扰实验结果解答；
③根据无水硫酸铜变蓝证明有水生成分析；
（3）利用铁与酸反应时生成氢气检验混合物中是否含有铁；
II．先假设X根据a管中加热前与加热之后的质量差计算出Fe₃O₄的质量，再根据计算出的质量与18.0g的大小关系判断X的组成．

解答：解：（1）由于混合物中可能为Fe和Fe₃O₄的混合物，铁能够与铁离子反应生成亚铁离子，所以将适量固体X加入盐酸中，充分反应后，加入适量的KSCN溶液，若溶液未变红色，不能判断固体X中不含Fe₃0₄，
故答案为：不能；在有铁存在下，可使铁离子还原成亚铁离子；
（2）②打开止水夹，通入纯净的H₂，在点燃A处的酒精灯之前，防止空气与空气混合加热时发生爆炸，同时也避免氢气与氧气反应生成水而干扰实验，所以需排尽装置内的空气，
故答案为：防止空气与空气混合加热时发生爆炸，同时也避免氢气与氧气反应生成水而干扰实验；
③若加热一段时间后，装置B中的白色固体无水硫酸铜变为蓝色，证明有水生成，所以混合物中含有氧元素，证明固体X中含有Fe₃O₄，
故答案为：固体X中含有Fe₃O₄；
（3）若要进一步证明X的组成，还得进行的实验为：取少量X粉末与试管中，滴加稀盐酸，产生气泡（或一直不产生气泡），X为Fe与Fe₃O₄的混合物（或为Fe₃O₄），
故答案为：取少量X粉末与试管中，滴加稀盐酸，产生气泡（或一直不产生气泡）；X为Fe与Fe₃O₄的混合物（或为Fe₃O₄）；
II．Fe₃O₄被含有生成了铁，混合物质量减少，减少的质量为氧元素的质量，所以根据试管加热前后质量差计算出Fe₃O₄的质量，
        Fe₃O₄ ～4 O
         232       64
    m（Fe₃O₄）（122.0+18.0-138.4）g=5.8g
得m（Fe₃O₄）=

232×1.6g

64

=5.8g，
由于 m（Fe₃O₄）＜18.0g，所以X为Fe和Fe₃O₄的混合物，
答：X为Fe和Fe₃O₄的混合物．

点评：本题探究物质的组成、测量物质的含量，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．