Question

5．某化學研究性學習小組用CO還原Fe₂O₃，并在實驗結(jié)束后用磁鐵吸出生成的黑色粉末X進行探究．
[探究目的]分析黑色粉末X的組成，并進行相關(guān)實驗．
[查閱資料]
I．CO還原Fe₂O₃的實驗中若溫度不同、受熱不均時會生成Fe₃O₄，也能被磁鐵吸引．
II．Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O
[猜想假設(shè)]黑色粉末X的組成可能是Fe、Fe₃O₄，或二者的混合物．
[實驗探究]

編號	實驗操作	實驗現(xiàn)象
①	取少量黑色粉末X放入試管中，注入足量的一定濃度的鹽酸，微熱	黑色粉末逐漸溶解，同時有氣泡產(chǎn)生，溶液呈淺綠色．
②	向上述試管中滴加幾滴KSCN溶液，振蕩	溶液沒有呈現(xiàn)紅色

（1）實驗①中產(chǎn)生氣泡的離子方程式為Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑．
（2）根據(jù)②中溶液未呈紅色，不能推斷出黑色粉末X中無Fe₃O₄，請用離子方程式解釋原因：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（3）為了證明黑色粉末X中是否含有Fe₃O₄，該小組進行如圖所示實驗：

請根據(jù)數(shù)據(jù)分析說明黑色粉末X中是否含有Fe₃O₄．方法1：因為32gFe₂O₃中含F(xiàn)e元素為22.4g，而25.6g＞22.4g，所以X中還含有O元素，還含有Fe₃O₄；
方法2：因為產(chǎn)生產(chǎn)生4.48L氫氣，需要Fe單質(zhì)為11.2g，而25.6g＞11.2g，所以X中還含有Fe₃O₄．

Answer 1

分析 [猜想假設(shè)]CO還原Fe₂O₃為Fe生成的黑色粉末X，則根據(jù)顏色和磁性黑色粉末X可能是Fe、Fe₃O₄、或二者的混合物；
（1）黑色粉末X與鹽酸反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，溶液呈淺綠色，說明鐵與鹽酸反應(yīng)生成氫氣和氯化亞鐵；
（2）鐵能還原鐵離子為亞鐵離子，不能使KSCN溶液顯色；
（4）生成的紅色粉末為Fe₂O₃32.0g，據(jù)此計算其中的鐵元素的質(zhì)量，與25.6g樣品做比較，可得，或者根據(jù)生成氫氣4.48L氫氣，可計算得到樣品中的鐵單質(zhì)，與25.6g樣品做比較，可得，據(jù)此分析．

解答 解：[猜想假設(shè)]CO還原Fe₂O₃為Fe生成的黑色粉末X，F(xiàn)e、Fe₃O₄黑色且能被磁鐵吸引，則磁性黑色粉末X可能是Fe、Fe₃O₄、或二者的混合物；
故答案為：Fe、Fe₃O₄；
（1）黑色粉末X與鹽酸反應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，溶液呈淺綠色，說明鐵與鹽酸反應(yīng)生成氫氣和氯化亞鐵，離子反應(yīng)為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
故答案為：Fe+2H⁺═Fe²⁺+H₂↑；
（2）黑色粉末X與鹽酸反應(yīng)，若鐵足量，少量的Fe₃O₄，加鹽酸溶解發(fā)生反應(yīng)：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，因為鐵足量，將生成的三價鐵還原為亞鐵離子：Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺，不能使KSCN溶液顯色，故根據(jù)②中溶液未呈紅色，不能推斷出黑色粉末X中無Fe₃O₄；
故答案為：Fe₃O₄+8H⁺═2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺；
（3）方法1：生成的紅色粉末為Fe₂O₃32.0g，因為32 g Fe₂O₃中含F(xiàn)e元素為$\frac{112}{160}×32$g=22.4 g，而25.6 g＞22.4 g，所以X中還含有O元素，還含有Fe₃O₄；
方法2：因為產(chǎn)生4.48L氫氣，氫氣為0.2mol，F(xiàn)e單質(zhì)為0.2mol×56g/mol=11.2 g，而25.6 g＞11.2 g，所以X中還含有Fe₃O₄；
故答案為：方法1：因為32 g Fe₂O₃中含F(xiàn)e元素為22.4 g，而25.6 g＞22.4 g，所以X中還含有O元素，還含有Fe₃O₄；方法2：因為產(chǎn)生產(chǎn)生4.48L氫氣，需要Fe單質(zhì)為11.2 g，而25.6 g＞11.2 g，所以X中還含有Fe₃O₄．

點評 本題考查了鐵及其重要化合物的性質(zhì)，涉及化學實驗基本操作、物質(zhì)的量的計算等基本原理以及定量計算測定等，對知識綜合運用，考查思維能力，難度較大，清楚實驗原理、思路．