Question

7．现有一份由C、Al、Fe、Fe₂O₃、CuO中的几种物质组成的混合物粉末，某校化学课外小组取样品进行了如图实验（其中部分产物已略去）：

（1）取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成．取上层清液，通入CO₂，无明显变化，说明样品中不含有的物质是（填写化学式）Al．
（2）Z为一种或两种气体：
①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO₃溶液，则反应Ⅰ中能同时生成两种气体的化学方程式为C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O．
②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量H₂O，则Z中两种气体的化学式是NO、CO₂．
（3）向Y中通入过量Cl₂，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是（填写离子符号）Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺．

Answer 1

分析 能与Fe₂O₃、Fe、CuO、C、Al物质反应产生两种气体的浓酸不可能是浓盐酸；如果是浓硫酸，可以与Fe、C、Al单质发生氧化还原反应，浓硫酸被还原为SO₂，C被氧化为CO₂，Fe和Al被氧化为Fe³⁺和Al³⁺；如果是浓硝酸，则两种气体是CO₂和NO₂，其变化与加浓硫酸的反应相同．无论是那种浓酸均可以使两种氧化物Fe₂O₃、CuO转化为对应的盐，
（1）无论加什么浓酸（硫酸和硝酸），溶液X中都可能含有Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺三种金属阳离子．向溶液X中加入过量的NaOH溶液，可转化为Fe（OH）₃和Cu（OH）₂沉淀析出，如果有Al³⁺，则可转化为AlO₂^-离子，如果上层清液，通入CO₂后，会发生反应，产生白色沉淀Al（OH）₃；
（2）①浓酸若为浓硫酸，其与样品中的C反应生成CO₂和SO₂，通入NaHCO₃溶液后SO₂被吸收，剩余CO₂；
②浓酸若为浓硝酸，其与样品中的C反应生成CO₂和NO₂，通入水中后NO₂转变为NO；
（3）X溶液中加过量Fe粉，得Y溶液和两种固体（其中一种固体为红色的Cu，另一种为过量的Fe粉），这个过程发生了置换反应：Cu²⁺+Fe═Cu+Fe²⁺；再向Y溶液中通入过量Cl₂，则会发生反应：Cl₂+2Fe²⁺═2Cl^-+2Fe³⁺、2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺、Cl₂+H₂O=HCl+HClO．

解答 解：（1）无论加什么浓酸（硫酸和硝酸），溶液X中都可能含有Fe³⁺、Cu²⁺、Al³⁺三种金属阳离子．向溶液X中加入过量的NaOH溶液，可转化为Fe（OH）₃和Cu（OH）₂沉淀析出，如果有Al³⁺，则可转化为ALO₂^-离子，如果上层清液，通入CO₂后，会发生反应AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，产生白色沉淀Al（OH）₃，这与“取上层清液，通入CO₂，无明显变化”不相符，可以肯定溶液X中没有AlO₂^-，样品中没有Al，
故答案为：Al；
（2）①浓酸若为浓硫酸，其与样品中的C反应生成CO₂和SO₂，通入NaHCO₃溶液后SO₂被吸收，剩余CO₂，反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
②浓酸若为浓硝酸，其与样品中的C反应生成CO₂和NO₂，通入水中后NO₂转变为NO，气体Z为NO、CO₂混合物，
故答案为：NO、CO₂；
（3）向溶液X中加过量Fe粉，得Y溶液和两种固体，且一种固体为红色（Cu），另一种就是过量的Fe粉，这个过程发生了置换反应：Cu²⁺+Fe=Cu+Fe²⁺，向Y溶液中通入过量氯气，并不断搅拌，会发生如下反应：Cl₂+2Fe²⁺=2Cl^-+2Fe³⁺，2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，Cl₂+H₂O=HCl+HClO，充分反应后，溶液中的阳离子是：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺（特别注意没有了Fe²⁺），
故答案为：Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺．

点评 本题考查无机推断，主要涉及金属单质、金属氧化物、非金属单质的性质，题目难度中等，试题综合性强，涉及知识面广，注意掌握浓硫酸、浓硝酸的性质，试题培养了学生的分析、理解能力及逻辑推理能力．