题目内容
某学习小组在研究CH4还原Fe2O3的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引．查阅资料得知：在温度不同、受热不均时会生成具有磁性的Fe3O4（组成相当于Fe2O3?FeO）．为进一步探究黑色粉末的组成及含量，他们进行了如下实验．
一．定性检验
（1）往黑色粉末中滴加盐酸，发现有气泡产生，则黑色粉末中一定有 ，产生气泡的离子方程式为 ．
（2）热还原法检验：按下图装置连接好仪器（图中夹持设备已略去），检查装置的气密性．往装置中添加药品．打开止水夹K通人氢气，持续一段时间后再点燃C处的酒精灯．
请回答下列问题：
①点燃C处酒精灯之前，为何要先持续通H2一段时间 ．
②B中试剂的名称是 ．
③若加热一段时间后，装置D中白色粉末变蓝色，对黑色粉末的组成得出的结论是 ．
（3）为证明黑色粉末是否含Fe3O4，某同学还进行了如下实验：取少量黑色粉末于试管，加足量盐酸，充分振荡使黑色粉末完全溶解，所得溶液分两份，第一份溶液滴入KSCN溶液，观察溶液是否变红；第二份溶液滴入酸性KMnO4溶液，观察酸性KMnO4溶液是否褪色．请回答：第一份溶液滴入KSCN溶液后一定会变红吗？请结合离子方程式简答 ；第二份溶液所进行的操作是欲检验溶液中是否存在 离子．经分析，你认为此方案是否可行 （填“是”或“否”）．
二．沉淀法定量测定
按如下实验流程进行测定：
（4）操作II的名称是 、 、转移固体．
（5）通过以上数据，计算黑色粉末中各组分的物质的量之比为 ．
一．定性检验
（1）往黑色粉末中滴加盐酸，发现有气泡产生，则黑色粉末中一定有
（2）热还原法检验：按下图装置连接好仪器（图中夹持设备已略去），检查装置的气密性．往装置中添加药品．打开止水夹K通人氢气，持续一段时间后再点燃C处的酒精灯．
请回答下列问题：
①点燃C处酒精灯之前，为何要先持续通H2一段时间
②B中试剂的名称是
③若加热一段时间后，装置D中白色粉末变蓝色，对黑色粉末的组成得出的结论是
（3）为证明黑色粉末是否含Fe3O4，某同学还进行了如下实验：取少量黑色粉末于试管，加足量盐酸，充分振荡使黑色粉末完全溶解，所得溶液分两份，第一份溶液滴入KSCN溶液，观察溶液是否变红；第二份溶液滴入酸性KMnO4溶液，观察酸性KMnO4溶液是否褪色．请回答：第一份溶液滴入KSCN溶液后一定会变红吗？请结合离子方程式简答
二．沉淀法定量测定
按如下实验流程进行测定：
（4）操作II的名称是
（5）通过以上数据，计算黑色粉末中各组分的物质的量之比为
考点：探究物质的组成或测量物质的含量
专题：实验探究和数据处理题
分析：（1）还原Fe2O3的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；
（2）此流程为：A装置产生氢气，B装置干燥氢气，C装置还原黑色粉末，D装置检验生成产物水，E装置吸收空气中水和二氧化碳．
①氢气是可燃性气体，混有氧气会发生爆炸危险；
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe3O4 被氢气还原生成水，判断可以含有；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，可能变红，也可能不变红色，不变红可能有两种情况，一种是无铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；高锰酸钾具有强氧化性，能把亚铁离子氧化成铁离子，同时高锰酸钾也会把氯离子氧化，使高锰酸钾褪色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
（5）依据反应的化学方程式结合铁元素守恒计算判断．
（2）此流程为：A装置产生氢气，B装置干燥氢气，C装置还原黑色粉末，D装置检验生成产物水，E装置吸收空气中水和二氧化碳．
①氢气是可燃性气体，混有氧气会发生爆炸危险；
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe3O4 被氢气还原生成水，判断可以含有；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，可能变红，也可能不变红色，不变红可能有两种情况，一种是无铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；高锰酸钾具有强氧化性，能把亚铁离子氧化成铁离子，同时高锰酸钾也会把氯离子氧化，使高锰酸钾褪色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
（5）依据反应的化学方程式结合铁元素守恒计算判断．
解答：
解：（1）还原Fe2O3的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，应为铁或四氧化三铁，或者二者混合物，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；发生反应Fe+2HCl=FeCl2+H2↑黑色粉末中一定含有铁，故答案为：Fe；Fe+2H+=Fe2++H2↑；
（2）①氢气是可燃性气体，混有氧气会发生爆炸危险，故应先通一会氢气，验纯后再加热C装置，
故答案为：排尽装置内的空气，防止H2与空气混和，受热时发生爆炸；
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则会需要产物水蒸气的检验，有可能炸裂玻璃管，吸收氢气中的水蒸气用浓硫酸溶液，故答案为：浓硫酸；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe3O4 被氢气还原生成水，发生反应4H2+Fe3O4
3Fe+4H2O，判断可以含有；依据和酸反应生成氢气和验证生成水判断黑色固体为铁和四氧化三铁；
故答案为：黑色固体含有Fe和Fe3O4；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，不一定变红，因为固体中含有Fe，生成的Fe3+可能全被Fe还原2Fe3++Fe═3Fe2+，加入KSCN溶液不变红；高锰酸钾具有强氧化性，能把亚铁离子氧化成铁离子，同时高锰酸钾也会把氯离子氧化，使高锰酸钾褪色，因此不能根据高锰酸钾褪色就证明含亚铁离子，氯离子干扰亚铁离子的检验；
故答案为：不一定，因为固体中含有Fe，生成的Fe3+可能全被Fe还原2Fe3++Fe═3Fe2+，加入KSCN溶液不变红； Fe2+；否；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
故答案为：过滤；洗涤；
（5）依据反应的化学方程式，结合铁元素守恒计算判断；
Fe+Fe3O4
FeCl2、FeCl3
Fe（OH）2、Fe（OH）3
Fe2O3；
依据反应过程中铁元素守恒，3.2gFe2O3物质的量=
=0.02mol；
设铁物质的量为x，四氧化三铁物质的量为y，得到：
，解方程组得到
，故二者物质的量之比为：0.01mol：0.01mol=1：1，
故答案为：1：1．
（2）①氢气是可燃性气体，混有氧气会发生爆炸危险，故应先通一会氢气，验纯后再加热C装置，
故答案为：排尽装置内的空气，防止H2与空气混和，受热时发生爆炸；
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则会需要产物水蒸气的检验，有可能炸裂玻璃管，吸收氢气中的水蒸气用浓硫酸溶液，故答案为：浓硫酸；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe3O4 被氢气还原生成水，发生反应4H2+Fe3O4
| ||
故答案为：黑色固体含有Fe和Fe3O4；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴入KSCN溶液，不一定变红，因为固体中含有Fe，生成的Fe3+可能全被Fe还原2Fe3++Fe═3Fe2+，加入KSCN溶液不变红；高锰酸钾具有强氧化性，能把亚铁离子氧化成铁离子，同时高锰酸钾也会把氯离子氧化，使高锰酸钾褪色，因此不能根据高锰酸钾褪色就证明含亚铁离子，氯离子干扰亚铁离子的检验；
故答案为：不一定，因为固体中含有Fe，生成的Fe3+可能全被Fe还原2Fe3++Fe═3Fe2+，加入KSCN溶液不变红； Fe2+；否；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；
故答案为：过滤；洗涤；
（5）依据反应的化学方程式，结合铁元素守恒计算判断；
Fe+Fe3O4
| 足量稀盐酸 |
| 足量氨水、足量氢氧化钠 |
| 灼烧恒重 |
依据反应过程中铁元素守恒，3.2gFe2O3物质的量=
| 3.2g |
| 160g/mol |
设铁物质的量为x，四氧化三铁物质的量为y，得到：
|
|
故答案为：1：1．
点评：本题考查了探究物质组成，测定物质含量的定量实验操作和实验设计，主要考查铁及其化合物的性质应用，实验基本操作的分析判断，实验现象的推断和应用，元素守恒的计算应用，综合性较强，题目难度中等．
练习册系列答案
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