Question

利用铝热反应焊接钢轨的原理是2Al+Fe₂O₃2Fe+ Al₂O₃。某研究小组在实验室利用简易装置进行铝热反应。发现生成的铁呈疏松的褐色硬块。小组成员推测主要原因是产物铁含杂质较多，并进一步探究褪褐色硬块的组成。
样品处理：将褐色硬块处理成粉末状。
(1)研究小组首先取少量粉末加入                   溶液中，发现粉末部分溶解，但没有气泡产生，实验结论是：粉末中含有Al₂O₃而没有Al。
(2)根据以述实验判断该褐色硬块的组成基本确定为Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃。
提出假设：
假设1：固体粉末中除Al₂O₃外还有Fe；
假设2：固体粉末中除Al₂O₃外还有                             ；
假设3：固体粉末中除Al₂O₃外还有Fe和Fe₂O₃。
实验实施：
（3）请以上述粉末为样品，验证其组成。限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、胶头滴管、药匙、过滤器；20%KSCN、3mol/LNaOH、3mol/LHCl、3mol/LHNO₃、3mol/LCuSO₄、0.01mol/LKMnO₄、蒸馏水。
根据你设计的实验方案，叙述实验操作、预期现象和结论。

实验操作	预期现象和结论
步骤1：取少量粉末于烧杯中，加入足量3mol/LNaOH溶液，充分搅拌，过滤，洗涤。
步骤2：将步骤1的滤渣转移到烧杯B中，加入足量             ，充分搅拌，过滤，洗涤。	有红色固体生成，说明粉末中含有                            。
步骤3：将步骤2的滤渣转移到烧杯C中，                                                                。	， 说明粉末中含有Fe2O3。(1分)

 

Answer 1

(1) NaOH (1分)                          (2) Fe₂O₃
（3）(10分)

实验操作	预期现象和结论
步骤1：取少量粉末于烧杯中，加入足量3mol/LNaOH溶液，充分搅拌，过滤，洗涤。
步骤2：将步骤1的滤渣转移到烧杯B中，加入足量3mol/L CuSO4，充分搅拌，过滤，洗涤。	有红色固体生成，说明粉末中含有Fe。(1分)
步骤3：将步骤3的滤渣转移到烧杯C中，加入足量3mol/L HCl，充分搅拌，再滴加少量20%KSCN。(2分)	固体部分溶解，溶液变血红色，说明粉末中含有Fe2O3。(1分)

 

考查铝、铁及其化合物的性质及检验，铝热反应涉及物质无所谓是铁铝两金属单质及其对应的氧化物
（1）通过实验结论可知，通过该步骤来检验铝及其氧化物的存在：一般是通过用NaOH碱液来检验，涉及反应为2Al＋2NaOH＋2H₂O=2NaAlO₂＋3H₂↑、Al₂O₃＋2NaOH=2NaAlO₂＋H₂O，可通过是否有气体生成来判定是否有铝，固体是否溶解来判定是否有Al₂O₃
（2）Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃三种物质中，已经确定Al₂O₃的存在，那么固体的组成无所谓就是三种情况：①Fe₂O₃、Al₂O₃②Fe、Al₂O₃③Fe、Fe₂O₃、Al₂O₃
（3）实验的主要目的是确定Fe、Fe₂O₃是否存在，依据所给部分信息可知
步骤1当然是溶解除去Al₂O₃
步骤2：结论有红色固体生成，说明是生成了铜，可知原样品中一定含有铁，将可溶性铜盐（最常用的就是硫酸铜溶液）置换所致
步骤3：很明显本步骤是要检验Fe₂O₃的存在，对于三价铁的检验，一般用KSCN溶液，故可用酸液将滤渣溶解后用KSCN来观察是否有血红色现象产生即可
点评：本题本质是对铁、铝及其化合物的检验，起点高，但落点较低，都是日常学生常见的习题；但综合性较高