Question

15．某化学研究性学习小组用CO还原Fe₂O₃，并在实验结束后用磁铁吸出生成的黑色粉末X进行探究．
[探究目的]分析黑色粉末X的组成，并进行相关实验．
[查阅资料]
①CO还原Fe₂O₃的实验中若温度不同、受热不均时会生成Fe₃O₄，也能被磁铁吸引．
②Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O
③Fe+4HNO₃（稀）=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
④3Fe₃O₄+28HNO₃（稀）=9Fe（NO₃）₃+NO↑+14H₂O
[实验探究]
I．定性检验

编号	实验操作	实验现象
①	取少量黑色粉末X放入试管1中，注入浓盐酸，微热	黑色粉末逐渐溶解，溶液呈黄绿色；有气泡产生
②	向试管1中滴加几滴KSCN溶液，振荡	溶液出现血红色
③	另取少量黑色粉末X放入试管2中，注入足量硫酸铜溶液，振荡，静置	有极少量红色物质析出，仍有较多黑色固体未溶解

（1）实验③发生的反应的离子方程式为Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．
（2）上述实验说明黑色粉末X中含有Fe₃O₄和Fe的混合物．
II．定量测定
根据如图所示的实验方案进行实验并记录数据：

（1）操作Z的名称是过滤．
（2）通过以上数据，得出13.12g黑色粉末X中各成分的物质的量为Fe：0.11mol、Fe₃O₄：0.03mol．
（3）若溶液Y的体积仍为200mL，则溶液Y中c（Fe³⁺）=1mol/L．

Answer 1

分析 I．（1）极少量红色物质为铜，该反应为铁粉和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，发生了金属的置换反应．
（2）通过①③可判断Fe的存在．再通过Ⅰ可知黑色粉末为铁与Fe₃O₄．
Ⅱ．（1）通过加硝酸溶解和足量的氢氧化钠溶液，生成了氢氧化铁沉淀，因此操作Z为过滤；
（2）红棕色固体为氧化铁，根据铁原子物质的量守恒和Fe₃O₄和Fe的质量为13.12g列式计算；
（3）溶液Y中铁离子的物质的量为0.2mol，带入c=$\frac{n}{V}$计算．

解答 解：I．（1）极少量红色物质为铜，该反应为铁粉和硫酸铜反应生成铜和硫酸亚铁，发生了金属的置换反应，离子方程式为Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu，
故答案为：Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu；
（2）铁能和盐酸反应生成气体，且铁和铜离子发生置换反应生成红色的铜，据此现象判断存在铁；Fe³⁺能使KSCN溶液呈现血红色，这是Fe³⁺的特征反应，据此判断Fe₃O₄的存在．故黑色粉末X为Fe₃O₄和Fe的混合物．
故答案为：Fe₃O₄和Fe的混合物；
Ⅱ．（1）通过加硝酸溶解和足量的氢氧化钠溶液，生成了氢氧化铁沉淀，因此操作Z为过滤，
故答案为：过滤；
（2）红棕色固体为氧化铁，16g氧化铁中含有铁原子的物质的量为$\frac{16g}{160g/mol}$×2=0.2mol，设13.12g混合固体中铁的物质的量为xmol，Fe₃O₄的物质的量为ymol，则
①x+3y=0.2mol②56x+232y=13.12 两式联立求得x=0.11mol，y=0.03mol，
故答案为：Fe：0.11mol、Fe₃O₄：0.03mol；
（3）通过（2）中计算可知铁离子的物质的量为0.2mol，因此c（Fe³⁺）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，
故答案为：1．

点评 本题考查了铁及其重要化合物的性质，涉及化学实验基本操作、物质的量的计算等基本原理以及定量计算测定等，对知识综合运用，考查思维能力，难度较大，清楚实验原理、思路．