Question

【题目】现有一包黑色固体粉末，可能含有炭粉、氧化铜、四氧化三铁中的两种或者三种，某化学兴趣小组通过实验探究其成分。

（提出问题）：该黑色固体粉末成分是什么？

（作出猜想）：

猜想一：混合固体是炭粉、氧化铜 猜想二：混合固体是炭粉、四氧化三铁

猜想三：混合固体是氧化铜、 四氧化三铁 猜想四：混合固体是______

（查阅资料）：

①Fe3O4能与盐酸反应

②含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN(硫氰化钾)溶液时变成红色

③Fe(OH)2是一种白色沉淀，化学性质不稳定，最终转化为红褐色沉淀

（定性探究）：

(1)在“操作”中需要用的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、_____，玻璃棒的作用为_____，所得滤渣为______(填化学式)；

(2)取滤液进行如下探究：(表格内填化学式)

实验操作	实验现象	实验结论
步骤一：取一定量的滤液于试管中，加入足量的铁粉	无红色固体析出	该固体中一定没有____
步骤二：又取一定量的滤液于试管中，加入少量的KSCN(硫氰化钾)溶液	溶液变成红色	滤液中一定含有的物质是______
步骤三：再取一定量的滤液于试管中，加入足量的NaOH溶液	有红褐色沉淀生成，同时还有少量的白色沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最终全部变成红褐色	滤液中还一定含有的物质是___

（讨论交流）：

(1)步骤三中滤液里加入氢氧化钠溶液产生红褐色沉淀化学方程式是_____；

(2)通过以上实验，猜想 ________成立；

(3)Fe3O4与盐酸反应时元素的化合价没有改变，请大家推断Fe3O4中铁元素的化合价为____、____；

(4)现取该黑色粉末，经过以下操作，将该粉末中的铁元素全部转化为铁单质：步骤:_____。

（定量分析）：

该化学兴趣小组取5g该黑色粉末，加入足量的盐酸后得到0.6g滤渣，则该黑色粉中的其他元素的质量分别是____？(写出计算过程，结果保留一位小数)

Answer 1

【答案】炭粉、氧化铜、四氧化三铁 漏斗 引流 C CuO FeCl3 FeCl2 二 +2 +3 向黑色粉末中加入足量稀盐酸，过滤，再向滤液中加入足量锌粉 m(Fe)=3.2g m(O)=1.2g

【解析】

作出猜想：

因为黑色固体粉末，可能含有炭粉、氧化铜、四氧化三铁中的两种或者三种，可能是炭粉和氧化铜、炭粉和四氧化三铁、氧化铜和四氧化三铁或者炭粉、氧化铜、四氧化三铁，所以猜想四为混合固体是炭粉、氧化铜、四氧化三铁。

定性探究：

（1）根据图中信息可知，通过该操作可得到滤渣和滤液，所以“操作”为过滤，过滤操作需要使用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗，玻璃棒的作用为引流；炭粉、氧化铜、四氧化三铁中炭粉不溶于水，氧化铜和盐酸反应生成氯化铜和水，四氧化三铁和盐酸反应生成氯化铁和水，所以滤渣为炭粉，化学式为C；

（2）取一定量的滤液于试管中，加入足量的铁粉，无红色固体析出，说明滤液中无铜离子，则该固体中一定没有CuO；又取一定量的滤液于试管中，加入少量的KSCN(硫氰化钾)溶液，溶液变成红色，说明滤液中有铁离子，则滤液中一定含有的物质是FeCl3；再取一定量的滤液于试管中，加入足量的NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，同时还有少量的白色沉淀生成，白色沉淀迅速变成灰绿色，最终全部变成红褐色，说明滤液中有亚铁离子，则滤液中还一定含有的物质是FeCl2；

讨论交流：

（1）根据上述分析可知，黑色粉末中有炭粉和四氧化三铁，加入稀盐酸，过滤之后，滤渣是炭粉，滤液中含有氯化亚铁和氯化铁，再加入氢氧化钠溶液，氯化亚铁和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁沉淀和氯化钠，氯化铁和氢氧化钠反应生成氢氧化铁沉淀和氯化钠，氢氧化亚铁为白色沉淀，氢氧化铁为红褐色沉淀，所以产生红褐色沉淀化学方程式是：；

（2）通过上述分析可知，猜想二成立；

（3）通过上述分析可知，Fe3O4与盐酸反应生成了氯化亚铁和氯化铁，反应过程中化合价没有改变，所以Fe3O4中铁元素的化合价为+2、+3；

（4）要将粉末中的铁元素全部转化为铁单质，步骤为：向黑色粉末中加入足量稀盐酸，过滤，再向滤液中加入足量锌粉，锌粉可将铁全部置换出来；

定量

取5g该黑色粉末，加入足量的盐酸后得到0.6g滤渣，则炭粉的质量为0.6g，因为黑色粉末是炭粉和四氧化三铁的混合物，所以四氧化三铁的质量=5g-0.6g=4.4g，则铁元素的质量，氧元素的质量=4.4g-3.2g=1.2g。