Question

某混合物X由Al₂O₃、Fe₂O₃、Cu、SiO₂中的一种或几种物质组成．进行如下实验（图1），请回答：

（1）由Ⅰ可知X中一定存在的是

 

，步骤Ⅰ所发生反应的离子方程式为：

 

、

 

（2）反应Ⅱ的化学方程式为

 

为进一步确定上述混合物X的成分，另取9.4gX进行如下实验（图2）
（3）由Ⅲ可得出的结论为：

 

（4）步骤Ⅳ所得蓝色溶液中阳离子为：

 

（5）原混合物中各成分的质量比为：

 

（不必化简）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,离子方程式的书写,物质的检验和鉴别的实验方案设计

专题：实验探究和数据处理题

分析：由图1可知，9.4gX和过量盐酸反应生成蓝色溶液，所以是铜离子的颜色，但是金属Cu和盐酸不反应，所以一定含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子可以和金属铜反应，二氧化硅可以和氢氧化钠反应，4.92g固体和氢氧化钠反应后，固体质量减少了3.0g，所以该固体为二氧化硅，质量为3.0g，涉及的反应有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，又Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu；
由图2可知，9.4gX与过量的氢氧化钠溶液反应后得到6.4g不溶物，固体部分溶解，原固体中至少含有Al₂O₃、SiO₂的一种物质；6.4g固体与过量的盐酸反应得到蓝色溶液，蓝色溶液中存在铜离子，发生了反应：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，说明溶液中一定存在Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺，1.92g固体为铜，所以没有Fe³⁺，以此来解答．

解答： 解：由图1可知，9.4gX和过量盐酸反应生成蓝色溶液，所以是铜离子的颜色，但是金属Cu和盐酸不反应，所以一定含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子可以和金属铜反应，二氧化硅可以和氢氧化钠反应，4.92g固体和氢氧化钠反应后，固体质量减少了3.0g，所以该固体为二氧化硅，质量为3.0g，涉及的反应有：Fe₂O₃+6H⁺=2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺=2Fe²⁺+Cu²⁺、SiO₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O，又Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu；
由图2可知，9.4gX与过量的氢氧化钠溶液反应后得到6.4g不溶物，固体部分溶解，原固体中至少含有Al₂O₃、SiO₂的一种物质；6.4g固体与过量的盐酸反应得到蓝色溶液，蓝色溶液中存在铜离子，发生了反应：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，说明溶液中一定存在Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺，1.92g固体为铜，所以没有Fe³⁺，
（1）由I可知X中一定存在的是Cu、Fe₂O₃，Fe₂0₃能与盐酸反应生成氯化铁，铜能与三价铁离子反应，离子方程式分别为Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，故答案为：Cu、Fe₂O₃；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）二氧化硅能与氢氧化钠反应生成硅酸钠，化学方程式是SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O，故答案为：SiO₂+2NaOH═Na₂SiO₃+H₂O；
（3）由第一个流程可知二氧化硅的质量为3.0g，第二个流程中9.4gX与过量的氢氧化钠溶液反应后得到6.4g不溶物，固体质量减少3g，则原固体中只含有SiO₂，没有Al₂O₃，
故答案为：混合物X中无A1₂O₃；
（4）6.4g固体与过量的盐酸反应得到蓝色溶液，蓝色溶液中存在铜离子，发生了反应：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，说明溶液中一定存在Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺，1.92g固体为铜，所以没有Fe³⁺；
故答案为：Fe²⁺、H⁺、Cu²⁺；
（5）通过以上分析可知，二氧化硅质量为3.0g，则Fe₂O₃、Cu一共6.4g，设Fe₂O₃为xmol，Cu为ymol，
则160x+64y=6.4
Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O、Cu+2Fe³⁺═2Fe²⁺+Cu²⁺，
xmol 2xmol xmol 2xmol
则反应剩余的Cu为：（y-x）mol×64g/mol=1.92g，
解得：x=0.02，y=0.05，
则Fe₂O₃的质量为0.02mol×160g/mol=3.2g，
Cu的质量为0.05mol×64g/mol=3.2g，
原混合物中各成分的质量之比m（Fe₂O₃）：m（Cu）：m（SiO₂）=3.2：3.2：3.0；
故答案为：m（Fe₂O₃）：m（Cu）：m（SiO₂）=3.2：3.2：3.0．

点评：本题考查物质分离提纯的综合应用，侧重于学生的分析和实验能力的考查，为高考常见题型和高频考点，注意掌握检验未知物的常用方法，能够根据反应现象判断存在的物质，注意合理分析题中数据，根据题中数据及反应方程式计算出铜和氧化铁的质量，题目难度中等．