Question

某课外小组同学做了如下探究实验：将蘸有饱和氯化铁溶液的粉笔，用坩埚钳夹持置于酒精灯火焰上灼烧，一分钟内可观察到如下颜色变化：黄色（氯化铁溶液）--红褐色（A）--铁锈红色（B）--黑色（C）．
（1）关于粉笔由黄色变红褐色，请你结合化学用语给出简要解释

 

．
（2）写出（A）→（B）变化的化学方程式

 

．对于黑色产生的原因，讨论时形成了2种不同的观点，甲组同学认为是粉笔吸收了酒精未完全燃烧产生的碳粒所致，而乙组同学则认为可能是灼烧过程中铁元素价态发生了变化．他们仍只用粉笔和酒精灯解决了上述争议，直接证明了乙组观点的合理性．其实验方案可能是

 

．为进一步确认乙组的结论，他们进行了进一步的探究：如图所示加热氧化铁，观察到红色粉末逐渐变黑．之后，移动酒精灯只微热试管底部，使黑色固体在乙醇气雾中慢慢冷却．停止实验，取下新制的氢氧化铜试管加热，试管中有红色沉淀生成．
（3）写出加热盛有碱性氢氧化铜浊液试管时反应的化学方程式

 

．对黑色物质的成分，大家进行了分析讨论．之后取出黑色粉末进行如下实验探究：
a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微热，全部溶解，未观察到任何气泡产生；
b．取a步骤所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，观察到紫色褪去；
c．另取a步骤所得溶液少量，加入硫氰化钾溶液，出现血红色．
（4）实验a说明黑色粉末中不含有

 

；
（5）根据上述实验结果判断，黑色粉末的化学成分可能是

 

；为进一步确认黑色粉末的成分，下列实验方案可行的是（选填序号）

 

；
A．准确称量一定质量的黑色粉末，用 H₂ 充分还原，并用干燥剂收集所得水，获得水的准确质量，进行计算．
B．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，加热蒸干溶液并在空气中灼烧至质量不变，称量所得粉末质量，进行计算．
C．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，配成一定体积的溶液，设法测定其中 Fe³⁺ 浓度，进行计算．
D．准确称量一定质量的黑色粉末，用 CO 充分还原，在CO气流中冷却后准确称量剩余固体的质量，计算．
E．准确称量一定质量的黑色粉末，与一定质量铝粉混合后点燃，充分反应后冷却，准确称量剩余固体质量，进行计算．
（6）假设铁的氧化物用Fe_aO_b表示，请你写出上述酒精还原氧化铁反应的化学方程式

 

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Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）氯化铁溶液中水解生成氢氧化铜和氯化氢，加热促进水解正向进行，氯化氢挥发，生成氢氧化铁红褐色沉淀；
（2）红褐色（A）--铁锈红色（B），是氢氧化铁受热分解生成氧化铁；甲组同学认为是粉笔吸收了酒精未完全燃烧产生的碳粒所致，而乙组同学则认为可能是灼烧过程中铁元素价态发生了变化，说明了乙组观点的合理性可以设计实验，粉笔直接在酒精灯上灼烧分析判断；
（3）加热盛有碱性氢氧化铜浊液试管时反应生成甲酸盐，氧化亚铜和水；
（4）取黑色粉末加入足量稀硫酸，微热，全部溶解，未观察到任何气泡产生，说明无铁单质；
（5）a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微热，全部溶解，未观察到任何气泡产生，说明无铁单质；
b．取a步骤所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，观察到紫色褪去，说明含有亚铁离子；
c．另取a步骤所得溶液少量，加入硫氰化钾溶液，出现血红色，说明含有铁离子．
为进一步确认黑色粉末的成分，分析选项实验过程和定量计算关系；
A．准确称量一定质量的黑色粉末，用 H₂ 充分还原，并用干燥剂收集所得水，获得水的准确质量，计算得到氧元素质量和铁元素质量，依据铁元素和氧元素物质的量之比确定化学式；
B．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，加热蒸干溶液并在空气中灼烧至质量不变，称量所得粉末质量，得到氧化铁质量，依据铁元素守恒进行计算；
C．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，配成一定体积的溶液，设法测定其中 Fe³⁺ 浓度，计算铁离子物质的量，利用极值方法计算分析；
D．准确称量一定质量的黑色粉末，用 CO 充分还原，在CO气流中冷却后准确称量剩余固体的质量，依据铁元素和氧元素质量守恒计算铁元素和氧元素物质的量之比分析判断氧化物的存在形式；
E．准确称量一定质量的黑色粉末，与一定质量铝粉混合后点燃，充分反应后冷却，准确称量剩余固体质量，反应前后都是固体反应前后固体质量不变，不能计算；．
（6）假设铁的氧化物用Fe_aO_b表示，酒精还原氧化铁反应生成Fe_aO_b，酒精被氧化为乙醛和水；

解答： 解：（1）关于粉笔由黄色变红褐色，氯化铁溶液中水解生成氢氧化铜和氯化氢，FeCl₃+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCl，加热促进水解正向进行，氯化氢挥发，生成氢氧化铁红褐色沉淀；
故答案为：FeCl₃+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCl，加热过程中HCl挥发，水解平衡不断右移，黄色的FeCl₃转化为红褐色的Fe（OH）₃；
（2）红褐色（A）--铁锈红色（B），是氢氧化铁受热分解生成氧化铁；甲组同学认为是粉笔吸收了酒精未完全燃烧产生的碳粒所致，而乙组同学则认为可能是灼烧过程中铁元素价态发生了变化，说明了乙组观点的合理性可以设计实验，粉笔直接在酒精灯上灼烧若无变黑现象，证明已同学观点合理；
故答案为：2Fe（OH）₃

△   .

Fe₂O₃+3H₂O，将粉笔直接放到酒精灯火焰上灼烧，未发现粉笔变黑的现象；
（3）加热盛有碱性氢氧化铜浊液试管时反应生成甲酸盐，氧化亚铜和水，反应的化学方程式为：CH₃CHO+2Cu（OH）₂+NaOH

△   .

CH₃COONa+Cu₂O↓+3H₂O；
故答案为：CH₃CHO+2Cu（OH）₂+NaOH

△   .

CH₃COONa+Cu₂O↓+3H₂O；
（4）取黑色粉末加入足量稀硫酸，微热，全部溶解，未观察到任何气泡产生，说明无铁单质；
故答案为：铁单质；
（5）a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微热，全部溶解，未观察到任何气泡产生，说明无铁单质；
b．取a步骤所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，观察到紫色褪去，说明含有亚铁离子；
c．另取a步骤所得溶液少量，加入硫氰化钾溶液，出现血红色，说明含有铁离子．
上述现象证明黑色固体含有铁离子和亚铁离子，说明可能是四氧化三铁，或四氧化三铁和氧化亚铁混合物；
A．准确称量一定质量的黑色粉末，用 H₂ 充分还原，并用干燥剂收集所得水，获得水的准确质量，计算得到氧元素质量和铁元素质量，依据铁元素和氧元素物质的量之比确定化学式，能计算得到物质组成，故A正确；
B．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，加热蒸干溶液并在空气中灼烧至质量不变，称量所得粉末质量，得到氧化铁质量，依据铁元素和氧元素守恒进行计算铁元素和氧元素物质的量之比判断氧化物化学式，能计算得到物质组成，故B正确；
C．准确称量一定质量的黑色粉末，溶解于足量盐酸，配成一定体积的溶液，设法测定其中 Fe³⁺ 浓度，计算铁离子物质的量，依据铁元素和氧元素守恒，利用极值方法计算四氧化三铁固体质量，分析判断可能是氧化亚铁和四氧化三铁化合物，或四氧化三铁；
D．准确称量一定质量的黑色粉末，用 CO 充分还原，在CO气流中冷却后准确称量剩余固体的质量，依据铁元素和氧元素质量守恒计算铁元素和氧元素物质的量之比分析判断氧化物的存在形式，能计算得到物质组成，故D正确；
E．准确称量一定质量的黑色粉末，与一定质量铝粉混合后点燃，充分反应后冷却，准确称量剩余固体质量，反应前后都是固体反应前后固体质量不变，不能计算，故E错误；
故答案为：Fe₃O₄或Fe₃O₄与FeO的混合物，ABCD；
（6）假设铁的氧化物用Fe_aO_b表示，酒精还原氧化铁反应生成Fe_aO_b，酒精被氧化为乙醛和水，依据氧化还原反应电子守恒配平书写反应的化学方程式为：：（3a-2b）CH₃CH₂OH+aFe₂O₃

△   .

2Fe_aO_b+（3a-2b）CH₃CHO+（3a-2b）H₂O；
故答案为：（3a-2b）CH₃CH₂OH+aFe₂O₃

△   .

2Fe_aO_b+（3a-2b）CH₃CHO+（3a-2b）H₂O；

点评：本题考查了化学实验方案设计，反应现象的理解应用，实验过程设计物质性质的分析应用，掌握基础是关键，题目难度中等．