Question

15．有难溶于水的粉末状固体样品，可能含Al、Fe₂O₃、Cu₂O、SiO₂、Fe₃O₄中的一种或几种．研究小组通过实验确定样品的成分．查阅资料知：①Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O；②部分氢氧化物在溶液中沉淀的pH见表：

物质	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Cu（OH）2
开始沉淀的pH	1.8	6.3	5.2
完全沉淀的pH	3.0	8.3	6.7

注：金属离子的起始浓度为0.1mol•L^-1    
实验步骤：
Ⅰ．取一定量样品于烧杯中，加足量NaOH溶液，有气体产生，过滤得固体A和无色溶液B；
Ⅱ．向B中加入稀硫酸，出现白色沉淀，继续滴加稀硫酸至过量，白色沉淀完全溶解；
Ⅲ．向A中加入足量稀硫酸并微热，固体完全溶解，得溶液C；
Ⅳ．向C中加入NaClO，调节溶液的pH至4～5，产生红褐色沉淀，过滤得到蓝绿色溶液D；
Ⅴ．向D中加入NaOH，调节溶液的pH到7～8，产生蓝色絮状沉淀． 请回答下列问题．
（1）Ⅰ中产生气体的离子方程式为2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）由Ⅰ、Ⅱ知，原样品中一定不存在的物质是SiO₂．
（3）溶液C中除H⁺、Cu²⁺外一定还含有的阳离子是Fe²⁺；为验证溶液C中存在该阳离子，可选用的试剂及对应的现象是向酸性KMnO₄溶液中滴加待测液，褪色．
（4）Ⅳ中加NaClO的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀．
（5）由上述实验可以获得结论：原样品所有可能的成分组合为组合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；组合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄（Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄）； …（用化学式表示，空不够可以补充．）

Answer 1

分析 Ⅰ．取一定量样品于烧杯中，加足量NaOH溶液，有气体产生，证明一定含有金属铝，过滤得到固体A和无色溶液B，溶液B一定含NaAlO₂溶液；
Ⅱ．向B中加入稀硫酸，出现白色沉淀，继续滴加稀硫酸至过量，白色沉淀完全溶解，说明溶液B只有NaAlO₂溶液，没有硅酸钠，则推断固体样品不含二氧化硅；
Ⅲ．因为Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，向A中加入足量稀硫酸并微热，完全溶解，则必定三价铁生成即Fe₂O₃或Fe₃O₄或Fe₂O₃和Fe₃O₄，将生成的单质铜氧化成铜离子而全部溶解，所以溶液C必定含过量的氢离子、二价铁、二价铜的混合溶液；
Ⅳ．向C中加入NaClO，将二价铁氧化成三价铁，调节溶液的pH至4～5，产生红褐色沉淀，过滤得到蓝绿色溶液D为二价铜的溶液；
Ⅴ．向D中加入NaOH，调节溶液的pH到7～8，产生蓝色絮状沉淀为氢氧化铜．
综上所述：固体样品中组成为组合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；组合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄；组合3：Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄．；一定不含SiO₂；依据推断出的物质分析回答．

解答 解：（1）取一定量样品于烧杯中，加足量NaOH溶液，有气体产生，证明一定含有金属铝，方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑，故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）由Ⅱ向B中加入稀硫酸，出现白色沉淀，继续滴加稀硫酸至过量，白色沉淀完全溶解，说明溶液B只有NaAlO₂溶液，没有硅酸钠，则推断固体样品不含二氧化硅；
故答案为：SiO₂；
（3）因为Cu₂O+2H⁺═Cu+Cu²⁺+H₂O，向A中加入足量稀硫酸并微热，完全溶解，则必定含Fe₃O₄与硫酸反应生成三价铁，将生成的单质铜氧化成铜离子而全部溶解，所以溶液C必定含过量的氢离子、二价铁、二价铜的混合溶液可能还含有三价铁；所以在含有三价铁的溶液中检验二价铁一般用酸性KMnO₄溶液，看是否退色；故答案为：Fe²⁺；向酸性KMnO₄溶液中滴加待测液，褪色．
（4）根据氢氧化物在溶液中沉淀的pH表，Ⅳ中加NaClO的目的是将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，增大溶液的pH使Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀；
（5）根据以上分析可能的组合为：组合1：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；组合2：Al、Cu₂O、Fe₃O₄；组合3：Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄．故答案为：Al、Fe₂O₃、Cu₂O；Al、Cu₂O、Fe₃O₄（Al、Fe₂O₃、Cu₂O、Fe₃O₄）．

点评 本题考查了物质检验方法的应用，物质性质的分析判断，主要是物质检验的方法和现象应用，化学方程式的书写方法，物质检验的方案设计，题目难度中等．