铁是生活中的常见金属.也是高中所学的过渡元素.由于其结构特点.在与其化物质反应时往往表现出不同的价态．某研究性学习小组对铁和硫反应产物中铁的化合价进行了探究.并设计了以下实验.其实验的步骤为:步骤一:将铁粉和硫粉按一定质量比混合.如图所示在氮气环境中.加热后反立即可发生并持续进行.冷却后得到黑色固体．步骤二:取黑色固体少许.加� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

铁是生活中的常见金属，也是高中所学的过渡元素，由于其结构特点，在与其化物质反应时往往表现出不同的价态．某研究性学习小组对铁和硫反应产物中铁的化合价进行了探究，并设计了以下实验，其实验的步骤为：

步骤一：将铁粉和硫粉按一定质量比混合，如图所示在氮气环境中，加热后反立即可发生并持续进行，冷却后得到黑色固体．
步骤二：取黑色固体少许，加入浓NaOH溶液并稍稍加热，冷却后过滤，得到黑色滤渣．
在取得黑色滤渣后，同学们经过讨论分析，对其成分提出了各种猜想，其中代表性的为：
猜想一：由于硫和氧是同一主族元素，所以黑色固体的可能是Fe₃S₄
猜想二：硫和氧虽是同一主族元素，但硫的非金属性弱，则黑色固体为FeS
为了验证以上猜想又进行了以下操作：
步骤三：在滤渣中加入已煮沸的稀硫酸．
步骤四：取步骤三所得溶液少许，…．
请回答下列问题：
（1）查阅资料：实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应得氮气．请写出该反应的离子方程式：

．
（2）实验中通入氮气的作用

．
（3）若猜想一正确，则步骤三应该观察到试管内有

出现（填实验现象）．
（4）若猜想二正确，请完成步骤四的实验操作、现象和结论

．
（5）步骤一中铁粉和硫粉的混合粉末中硫要过量些，其原因是

．
（6）步骤二中加入浓NaOH溶液并稍稍加热的目的是

．

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应得氮气，依据原子守恒、电荷守恒、电子守恒配平书写离子方程式；
（2）分析实验过程可可知，实验中通入氮气的目的是赶净装置中的空气，避免氧气和铁反应生成的物质干扰后续实验验证；
（3）猜想一：由于硫和氧是同一主族元素，所以黑色固体的可能是Fe₃S₄，可以类比Fe₃O₄的结构分析，溶于热的稀硫酸中，铁离子会氧化硫离子为单质硫，溶液变浑浊；
（4）硫和氧虽是同一主族元素，但硫的非金属性弱，则黑色固体为FeS，按照步骤反应溶解于稀硫酸后，设计实验检验亚铁离子的存在完成；
（5）步骤一中铁粉和硫粉的混合粉末中硫要过量些，目的是避免过量的铁和热的稀硫酸反应生成硫酸亚铁干扰亚铁离子的检验；
（6）浓氢氧化钠溶液除去过量的硫单质，便于观察猜测一中的反应现象；

解答： 解：（1）用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应得氮气，依据原子守恒、电子守恒和电荷电荷守恒配平书写离子方程式为：NH₄⁺+NO₂^-

△

N₂↑+2H₂O；
故答案为：NH₄⁺+NO₂^-

△

N₂↑+2H₂O；
（2）分析实验过程可可知，实验中通入氮气的目的是赶净装置中的空气，避免氧气和铁反应生成的物质干扰后续实验验证，故答案为：赶走装置中的空气；
（3）猜想一：黑色固体的可能是Fe₃S₄，可以类比Fe₃O₄的结构分析，溶于热的稀硫酸中，铁离子会氧化硫离子为单质硫，2Fe³⁺+S^2-=S↓=2Fe²⁺，溶液变浑浊；
故答案为：有白色浑浊出现；
（4）硫的非金属性弱，和铁反应生成黑色固体为FeS，按照步骤反应溶解于稀硫酸后，设计实验检验亚铁离子的存在证明，实验步骤为：取步骤三所得溶液少许，滴加KSCN溶液，若溶液不显红色，再向溶液中滴加少量氯水，溶液呈红色，证明原溶液中只含Fe²⁺离子，则黑色固体中铁的化合价为+2价；
故答案为：取步骤三所得溶液少许，滴加KSCN溶液，若溶液不显红色，再向溶液中滴加少量氯水，溶液呈红色，证明原溶液中只含Fe²⁺离子，则黑色固体中铁的化合价为+2价；
（5）步骤一中铁粉和硫粉的混合粉末中硫要过量些，目的是避免过量的铁和热的稀硫酸反应生成硫酸亚铁干扰亚铁离子的检验；答案为：
故答案为：防止未反应的铁和稀硫酸反应生成亚铁离子干扰实验；
（6）浓氢氧化钠溶液是为了除去过量的硫单质，便于观察猜测一中的反应现象；
故答案为：除去未反应的硫；

点评：本题考查了物质组成和性质的实验验证方法和注意问题，离子检验的实验步骤设计，掌握基本操作和铁及其化合物性质，离子性质是解题关键，题目难度中等．