题目内容
【题目】某红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种,某化学兴趣小组对其组成进行探究。完成下列空格。
①提出假设:
假设1:只存在Fe2O3;假设2:_________;假设3:既存在Fe2O3也存在Cu2O。
②查找资料:Cu2O在酸性溶液中会发生反应:Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O。
③实验方案设计与分析:
方案一:步骤一:取少量样品于烧杯中,加入过量浓硝酸,产生一种红棕色的气体。由此可得出假设____不成立,写出产生上述气体的化学方程式___________________。
步骤二:取少量步骤一溶液置于试管中滴加_______,振荡,若________,则说明假设3成立。
方案二:
取少量样品于烧杯中,加入过量稀硫酸,若固体全部溶解,说明假设_不成立。
方案三:
同学们设计了如下实验方案测定该样品中Fe2O3的质量分数(装置气密性良好,假设样品完全反应):
步骤一:取样品并称量该样品的质量为m1;
步骤二:测出反应前广口瓶和瓶内物质总质量m2;
步骤三:测出反应后广口瓶和瓶内物质总质量m3;
步骤四:计算得出矿物样品中Fe2O3的质量分数。
讨论分析:该实验方案________(填“能”或“不能”)测出矿物中Fe2O3的质量分数。不改变装置和药品,通过计算得出矿物中Fe2O3的质量分数,你还可以通过测定_______。若测得m1为3.04g,m3=m2+1.76g,则原样品中Fe2O3的质量分数为_____(结果保留四位有效数字)。
【答案】 只存在Cu2O 1Cu2O+6HNO3(浓)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O KSCN溶液 溶液显红色 2 能 测量反应后固体的质量或广口瓶中沉淀的质量。(其他合理答案也给分) 52.63%
【解析】试题分析:本题为化学实验探究题,为高考题的常见题型,题目难度较大。解答本题要结合题给信息和铁、铜及其化合物的性质作出预测、分析判断。
解答:①提出假设:根据题给信息:红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种和假设1和假设3知假设2为:只存在Cu2O。
③实验方案设计与分析:方案一:步骤一:样品与过量浓硝酸反应产生红棕色的NO2气体,硝酸发生了还原反应,Fe2O3中铁元素为+3价,只有氧化性,Cu2O中铜元素为+1价,既有氧化性又有还原性,则红色粉末中一定含有Cu2O,由此可得出假设1不成立,Cu2O与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水,化学方程式为1Cu2O+6HNO3(浓)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O;若要证明假设3成立,则需要证明铁元素的存在,故步骤二为取少量步骤一溶液置于试管中滴加KSCN溶液,振荡,若溶液显红色,则说明假设3成立。
方案二:根据信息②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O知取少量样品于烧杯中,加入过量稀硫酸,若固体全部溶解,说明假设2不成立。
方案三:该实验方案的原理为Fe2O3 + 3CO2Fe+3CO2、Cu2O + CO2Cu+CO2,CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O,通过测定反应前混合物的质量,反应前后广口瓶和瓶内物质总质量的差值,确定二氧化碳的质量,列方程组求解,能测出矿物中Fe2O3的质量分数;也可通过测量反应后固体的质量或广口瓶中沉淀的质量,列方程组求解,确定矿物中Fe2O3的质量分数;若测得m1为3.04g,m3=m2+1.76g,则生成CO2的质量为1.76g,物质的量为0.04mol,根据氧原子守恒知混合物中氧原子的物质的量为0.04mol。设混合物中Fe2O3的物质的量为x,Cu2O的物质的量为y,则有①160g/molx+144g/moly=3.04g(质量守恒),②3x+y=0.04mol(氧原子守恒),联立①②解得x=0.01mol,y=0.01mol,则混合物中Fe2O3的质量为1.60g,则原样品中Fe2O3的质量分数为1.60g/3.04g×100%=52.63%。