Question

4．研究小组进行木炭还原氧化铁的探究活动．将木炭、氧化铁及试管充分烘干，并将木炭和氧化铁混合均匀、研磨．取适量上述混合物于试管中，用右图1所示的装置加热（试管竖直向上，可使加热时的热量尽少散失）．
【提出问题】实验结束后，试管中的剩余固体X含有哪些成分，质量分别是多少？
【查阅资料】

铁的氧化物被还原时，是从高价铁的氧化物逐级还原成低价铁的氧化物，最后还原成金属铁．铁的部分氧化物的性质如下：
Fe₃O₄具有很好的磁性，能被磁铁吸引．铁的三种氧化物均不溶于水，但能溶于稀盐酸，分别发生如下反应：
Fe₂O₃+6HCl══2FeCl₃+3H₂O
Fe₃O₄+8HCl══2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
FeO+2HCl══FeCl₂+H₂O
黄色的FeCl₃溶液中滴入无色的KSCN溶液，溶液变为红色，该实验常用于检验FeCl₃；FeCl₃溶液遇单质铁发生反应：2FeCl₃+Fe=3FeCl₂，溶液变为浅绿色．
【猜想】固体X可能含有：①Fe  ②FeO  ③Fe₃O₄  ④Fe₂O₃（写化学式）  ⑤C
【实施实验】
目的：确定固体X的组成．

步骤	操作	主要现象	结论
I	取部分冷却后的固体X倒在滤纸上，用磁铁充分吸引．	部分固体被吸引到磁铁上	可能有Fe或Fe3O4
II	取滤纸上的剩余固体少量，放入图2所示的试管a中，通入氧气，用酒精灯加热．	固体剧烈燃烧，b中溶液变浑浊	一定有C．
III	另取滤纸上的剩余固体少量，放入试管中，加入足量的稀盐酸．	无明显现象	一定没有FeO和Fe2O3 ．
IV	取步骤I磁铁上的固体少量，放入试管中，逐滴加入稀盐酸．	产生产生气泡．	一定有Fe
V	在步骤IV所得溶液中逐滴加入KSCN溶液．	溶液不变红色	一定没有Fe3O4

【反思改进】
同学们讨论发现，用上述实验方法不能确定固体X中一定没有Fe₃O₄，理由是固体X中如果含有Fe₃O₄，步骤V中加盐酸后，由于铁与FeCl₃反应生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不变血红色．
为确定固体X中是否含Fe₃O₄并测定其中各成分的质量，同学们又进行了以下实验：

步骤	操作	数据
I	重新取部分冷却至室温的固体X，称量其质量为m1．	m1=17.9g
II	将称量好的固体X全部放入图3所示的锥形瓶中，称量整套装置及药品的质量为m2；打开分液漏斗旋塞，放入足量稀盐酸后关闭旋塞，待没有气泡产生并恢复至室温，再次称量整套装置及药品的质量为m3．	m2=317.9g m3=317.3g
III	将锥形瓶中剩余的固体过滤、洗涤并干燥，称量其质量为m4．	m4=1.1g

【获得结论】
（1）为确定固体X中是否含Fe₃O₄，m₁～m₄中应该用到的数据有m₁、m₂、m₃和m₄．
（2）固体X各成分的质量比为11：168．

Answer 1

分析 【猜想】根据氧化铁有可能剩余进行分析；
【实施实验】根据氧化亚铁和氧化铁能和盐酸反应，铁和盐酸反应生成氢气以及铁离子的检验，黄色的FeCl₃溶液中滴入无色的KSCN溶液，溶液变为红色进行分析；
【反思改进】根据铁离子和铁反应会生成亚铁离子进行分析；
【获得结论】（1）根据铁和盐酸反应会生成氯化亚铁和氢气，依据m₂、m₃的质量差可以求出氢气的质量，进而求出铁的质量，m₄的质量是碳的质量，通过铁和碳的质量和与m₁比较确定样品中是否含有四氧化三铁；
（2）根据碳不会与盐酸反应，确定m₄的质量碳的质量，通过氢气的质量可以求出铁的质量．

解答 解：【猜想】通过分析可知，氧化铁可能有剩余，所以猜想④是Fe₂O₃；
【实验实施】氧化亚铁和氧化铁能和盐酸反应，铁和盐酸反应生成氢气以及铁离子的检验，黄色的FeCl₃溶液中滴入无色的KSCN溶液，溶液变为红色，所以

步骤	操作	主要现象	结论
Ⅰ	取部分冷却后的固体X倒在滤纸上，用磁铁充分吸引．	部分固体被吸引到磁铁上	可能有Fe或Fe3O4
Ⅱ	取滤纸上的剩余固体少量，放入图2所示的试管a中，通入氧气，用酒精灯加热．	固体剧烈燃烧，b中溶液变浑浊	一定有C
Ⅲ	另取滤纸上的剩余固体少量，放入试管中，加入足量的稀盐酸．	无明显现象	一定没有FeO和Fe2O3
Ⅳ	取步骤I磁铁上的固体少量，放入试管中，逐滴加入稀盐酸．	产生气泡	一定有Fe
Ⅴ	在步骤IV所得溶液中逐滴加入KSCN溶液	溶液不变红色	一定没有Fe3O4

【反思改进】铁离子和铁反应会生成亚铁离子，所以用上述实验方法不能确定固体X中一定没有Fe₃O₄，理由是：固体X中如果含有Fe₃O₄，步骤V中加盐酸后，由于铁与FeCl₃反应生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不变血红色；
【获得结论】（1）铁和盐酸反应会生成氯化亚铁和氢气，依据m₂、m₃的质量差可以求出氢气的质量，进而求出铁的质量，m₄的质量是碳的质量，通过铁和碳的质量和与m₁比较确定样品中是否含有四氧化三铁，所以为确定固体X中是否含Fe₃O₄，m₁～m₄中应该用到的数据有m₁、m₂、m₃和m₄；
（2）碳不会与盐酸反应，确定m₄的质量碳的质量，所以反应后固体X中含有碳的质量为1.1g，
根据质量守恒定律可知，生成氢气的质量为：317.9g-371.3g=0.6g
设固体X中铁的质量为x，
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
56                      2  
x                     0.6g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.6g}$
 x=16.8g
碳和铁的质量之和是：16.8g+1.1g=17.9g，所以固体X中不含四氧化三铁，成分是碳和铁，质量比为：1.1g：16.8g=11：168．
故答案为：
【猜想】④Fe₂O₃；
【实验实施】III．FeO和Fe₂O₃，IV．气泡，V．KSCN溶液；
【反思改进】固体X中如果含有Fe₃O₄，步骤V中加盐酸后，由于铁与FeCl₃反应生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不变血红色；
【获得结论】（1）m₁、m₂、m₃和m₄；
（2）11：168．

点评 在解此类题时，首先分析题中考查的问题，然后结合学过的知识和题中所给的资料进行解答，要学会对问题进行分解．