Question

某化學課外活動小組在實驗室做了如下一系列實驗：
該小組設計了如圖1所示的一套氣體發(fā)生、收集和尾氣吸收裝置以探究裝置的多功能性．
①甲同學認為裝置Ⅰ可作為實驗室制氧氣的快速發(fā)生器，則裝置Ⅰ的a儀器中可加入

H₂O₂

或

H₂O

，裝置Ⅱ從

C

管口進氣即可作為排氣法收集O₂的裝置．
②乙同學認為利用裝置Ⅱ，可收集NO，試簡述操作方法

先往集氣瓶中裝滿水，按照圖Ⅱ裝置好，C導氣管接裝置Ⅲ后，從D處導氣管通入一氧化氮氣體排凈集氣瓶內的水

學習小組在研究CH₄還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引．查閱資料得知：在溫度不同、受熱不均時會生成具有磁性的Fe₃O₄．為進一步探究黑色粉末的組成及含量，他們進行如下實驗．
（一）定性檢驗
（1）往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產生，則黑色粉末中一定有

Fe

，產生氣泡的離子方程式為

Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑

．
（2）熱還原法檢驗：按圖2裝置連接好儀器（圖中夾持設備已略去），檢查裝置的氣密性．往裝置中添加藥品．打開止水夾K通入氫氣，持續(xù)一段時間后再點燃C處的酒精燈．
請回答下列問題：
①檢查裝置A氣密性的方法是

關閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內的液面高于導氣管，靜置一段時間后液面差保持不變，說明裝置A的氣密性良好

．
②B中試劑的名稱是_

濃硫酸

．
③若加熱一段時間后，裝置D中白色粉末變藍色，對黑色粉末的組成得出的結論是

是

 （填“是或否”）含有Fe₃O₄．
④綜上所述：黑色粉末的組成為

Fe

和

Fe₃O₄

．
（3）為進一步證明黑色粉末是否含Fe₃O₄，某同學設計實驗方案如下：取少量黑色粉末于試管，加足量鹽酸，充分振蕩使黑色粉末完全溶解，滴入KSCN溶液，觀察現象．請分析此方案是否可行，并解釋原因．答：

不可行，因Fe₃O₄溶于鹽酸生成Fe³⁺與Fe反應生成Fe²⁺，溶液不變色

．
（二）．沉淀法定量測定
為進一步分析該黑色粉中兩組分的比例關系，按圖3實驗流程進行測定．
（4）操作II的名稱是

過濾

、

洗滌

、轉移固體．
（5）通過以上數據，計算黑色粉末中兩組分的質量分別為

Fe 0.56 Fe₃O₄ 2.32

．

Answer 1

分析：一、①裝置Ⅰ可作為實驗室制氧氣的快速發(fā)生器，是分液漏斗中a的液體加入燒瓶b中迅速發(fā)生反應生成氧氣，可以用水滴入過氧化鈉中，過氧化氫滴入固體二氧化錳中；氧氣比空氣重可以用向上排氣法收集氣體；
②一氧化氮氣體易被氧氣氧化，不能用排氣法收集，難溶于水可以用排水法收集，利用裝置Ⅲ裝滿水導氣管短進長出收集；
二、（一）（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產生，證明含有金屬鐵；
（2）①裝置A是啟普發(fā)生器的原理應用，關閉止水夾，依據氣體壓強的關系，從長頸漏斗加入水至一定高度，看水面是否變化分析是否漏水；
②氣體進入C裝置前需要除去水蒸氣，否則以炸裂玻璃管；
③D中白色粉末硫酸銅變藍色證明反應有水生成，黑色固體中含有Fe₃O₄ 被氫氣還原生成水，判斷可以含有；
④依據和酸反應生成氫氣和驗證生成水判斷黑色固體為鐵和四氧化三鐵；
（3）黑色粉末加入足量鹽酸溶解后，滴入KSCN溶液，不變血紅色可能有兩種情況，一種是五鐵離子存在，一種是有鐵離子存在，和過量的鐵反應生成亞鐵離子；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入過量鹽酸溶解后，加入足量氨水沉淀離子，加入足量氫氧化鈉保證堿性環(huán)境下離子全部沉淀，操作Ⅱ是過濾、洗滌得到沉淀，放在坩堝內灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；依據反應的化學方程式計算判斷；

解答：解：一、①裝置Ⅰ可作為實驗室制氧氣的快速發(fā)生器，是分液漏斗中a的液體加入燒瓶b中迅速發(fā)生反應生成氧氣，可以用水滴入過氧化鈉中，發(fā)生反應2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；過氧化氫滴入固體二氧化錳中反應生成氧氣，2H₂O₂

MnO2  .

2H₂O+O₂↑；氧氣比空氣重可以用向上排氣法收集氣體，集氣瓶中氣體通入為長進短處，C處進D出；故答案為：H₂O H₂O₂  C；
②一氧化氮氣體易被氧氣氧化，不能用排氣法收集，難溶于水可以用排水法收集，利用裝置Ⅲ裝滿水導氣管短進長出收集；故答案為：先往集氣瓶中裝滿水，按照圖Ⅱ裝置好，C導氣管接裝置Ⅲ后，從D處導氣管通入一氧化氮氣體排凈集氣瓶內的水，收集到一氧化氮氣體；
二、（一）（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，應為鐵或四氧化三鐵，換貨二者混合物，往黑色粉末中滴加鹽酸，觀察到有氣泡產生，證明含有金屬鐵；發(fā)生反應Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑黑色粉末中一定含有鐵，故答案為：Fe；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）①裝置A是啟普發(fā)生器的原理應用，關閉止水夾，依據氣體壓強的關系，從長頸漏斗加入水至一定高度，看水面是否變化分析是否漏水；
故答案為：關閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內的液面高于導氣管，靜置一段時間后液面差保持不變，說明裝置A的氣密性良好
②氣體進入C裝置前需要除去水蒸氣，否則以炸裂玻璃管；吸收氫氣中的水蒸氣用濃硫酸溶液，故答案為：濃硫酸；
③D中白色粉末硫酸銅變藍色證明反應有水生成，黑色固體中含有Fe₃O₄ 被氫氣還原生成水，發(fā)生反應4H₂+Fe₃O₄=3Fe+4H₂O，判斷可以含有；故答案為：是；
④依據和酸反應生成氫氣和驗證生成水判斷黑色固體為鐵和四氧化三鐵；故答案為：Fe和Fe₃O₄；
（3）黑色粉末加入足量鹽酸溶解后，滴入KSCN溶液，不變血紅色可能有兩種情況，一種是五鐵離子存在，一種是有鐵離子存在，和過量的鐵反應生成亞鐵離子；所以方案不正確；
故答案為：不可行，因Fe₃O₄溶于鹽酸生成Fe³⁺與Fe反應生成Fe²⁺，溶液不變色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入過量鹽酸溶解后，加入足量氨水沉淀離子，加入足量氫氧化鈉保證堿性環(huán)境下離子全部沉淀，操作Ⅱ是過濾、洗滌得到沉淀，放在坩堝內灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；依據反應的化學方程式，結合鐵元素守恒計算判斷；
Fe+Fe₃O₄

足量鹽酸

FeCl₂  FeCl₃

足量氨水、足量氫氧化鈉

Fe（OH）₂ Fe（OH）₃

灼燒恒重

Fe₂O₃；依據反應過程中鐵元素守恒，3.2gFe₂O₃物質的量=

3.2g

160g/mol

=0.02mol；
設鐵物質的量為X，四氧化三鐵物質的量為Y，得到：56X+232Y=2.88   X+3Y=0.02×2
解方程得到X=0.01mol；Y=0.01mol；鐵的質量為5.6g；四氧化三鐵的質量為2.32g；
故答案為：過濾、洗滌  5、Fe 0.56   Fe₃O₄ 2.32

點評：本題考查了探究物質組成，測定物質含量的定量實驗操作和實驗設計，主要考查鐵及其化合物的性質應用，實驗基本操作的分析判斷，實驗現象的推斷和應用，元素守恒的計算應用，綜合性較強，題目難度中等．