Question

5．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]
I．CO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．
II．Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O
[猜想假设]黑色粉末X的组成可能是Fe、Fe₃O₄，或二者的混合物．
[实验探究]

编号	实验操作	实验现象
①	取少量黑色粉末X放入试管中，注入足量的一定浓度的盐酸，微热	黑色粉末逐渐溶解，同时有气泡产生，溶液呈浅绿色．
②	向上述试管中滴加几滴KSCN溶液，振荡	溶液没有呈现红色

（1）实验①中产生气泡的离子方程式为Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（2）根据②中溶液未呈红色，不能推断出黑色粉末X中无Fe₃O₄，请用离子方程式解释原因：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（3）为了证明黑色粉末X中是否含有Fe₃O₄，该小组进行如图所示实验：

请根据数据分析说明黑色粉末X中是否含有Fe₃O₄．方法1：因为32gFe₂O₃中含Fe元素为22.4g，而25.6g＞22.4g，所以X中还含有O元素，还含有Fe₃O₄；
方法2：因为产生产生4.48L氢气，需要Fe单质为11.2g，而25.6g＞11.2g，所以X中还含有Fe₃O₄．

Answer 1

分析 [猜想假设]CO还原Fe₂O₃为Fe生成的黑色粉末X，则根据颜色和磁性黑色粉末X可能是Fe、Fe₃O₄、或二者的混合物；
（1）黑色粉末X与盐酸反应有气泡产生，溶液呈浅绿色，说明铁与盐酸反应生成氢气和氯化亚铁；
（2）铁能还原铁离子为亚铁离子，不能使KSCN溶液显色；
（4）生成的红色粉末为Fe₂O₃32.0g，据此计算其中的铁元素的质量，与25.6g样品做比较，可得，或者根据生成氢气4.48L氢气，可计算得到样品中的铁单质，与25.6g样品做比较，可得，据此分析．

解答 解：[猜想假设]CO还原Fe₂O₃为Fe生成的黑色粉末X，Fe、Fe₃O₄黑色且能被磁铁吸引，则磁性黑色粉末X可能是Fe、Fe₃O₄、或二者的混合物；
故答案为：Fe、Fe₃O₄；
（1）黑色粉末X与盐酸反应有气泡产生，溶液呈浅绿色，说明铁与盐酸反应生成氢气和氯化亚铁，离子反应为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
故答案为：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（2）黑色粉末X与盐酸反应，若铁足量，少量的Fe₃O₄，加盐酸溶解发生反应：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，因为铁足量，将生成的三价铁还原为亚铁离子：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，不能使KSCN溶液显色，故根据②中溶液未呈红色，不能推断出黑色粉末X中无Fe₃O₄；
故答案为：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（3）方法1：生成的红色粉末为Fe₂O₃32.0g，因为32 g Fe₂O₃中含Fe元素为$\frac{112}{160}×32$g=22.4 g，而25.6 g＞22.4 g，所以X中还含有O元素，还含有Fe₃O₄；
方法2：因为产生4.48L氢气，氢气为0.2mol，Fe单质为0.2mol×56g/mol=11.2 g，而25.6 g＞11.2 g，所以X中还含有Fe₃O₄；
故答案为：方法1：因为32 g Fe₂O₃中含Fe元素为22.4 g，而25.6 g＞22.4 g，所以X中还含有O元素，还含有Fe₃O₄；方法2：因为产生产生4.48L氢气，需要Fe单质为11.2 g，而25.6 g＞11.2 g，所以X中还含有Fe₃O₄．

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．