Question

某黑色粉末可能含有Fe和Fe₃O₄．某化學(xué)實驗小組通過實驗來探究該黑色粉末的成分．已知：Fe₃O₄能溶于稀鹽酸，但不溶解于稀硫酸．
（1）提出假設(shè)
假設(shè)1：黑色粉末是純鐵粉；
假設(shè)2：

 

；
假設(shè)3：黑色粉末是Fe和Fe₃O₄的混合物．
（2）初步探究
取少量黑色粉末于小燒杯中，加入足量稀鹽酸，充分攪拌后粉末全部溶解．上述三個假設(shè)中，可能成立的是

 

．
（3）進一步探究
甲、乙兩同學(xué)對黑色粉末的成分做了以下探究，請完成下表（可不填滿，也可補充）．限選實驗試劑：3mol/L 稀硫酸、3mol/L 鹽酸、0.01mol/L KMnO₄溶液、20%KSCN溶液、3%H₂O₂、淀粉-KI溶液．

實驗步驟	實驗現(xiàn)象
甲同學(xué)：取少量（0.5～2mL）小燒杯中的溶液于潔凈試管中，滴加1～2滴20%KSCN溶液	①若溶液顯血紅色，則假設(shè)   一定可以成立 ②若溶液不發(fā)生顏色變化，則假設(shè)   一定可以成立，假設(shè)   可能成立
乙同學(xué)：	③若粉末   ，則假設(shè)1成立； ④若粉末   ，則假設(shè)2成立； ⑤若粉末   ，則假設(shè)3成立．

若甲同學(xué)方案中，三個假設(shè)均成立，則假設(shè)3可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為

 

．
（4）探究的延伸若經(jīng)實驗分析，確定黑色粉末是Fe和Fe₃O₄的混合物．實驗小組欲用加熱法測定混合物中Fe₃O₄的質(zhì)量分數(shù)．取mg固體粉末在空氣中充分加熱（假設(shè)Fe氧化為Fe₃O₄，沒有其他氧化物生成），待質(zhì)量不再變化時，稱其質(zhì)量為ng（n＞m），則混合物中Fe₃O₄的質(zhì)量分數(shù)為

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,鐵的氧化物和氫氧化物

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）依據(jù)黑色粉末可能含有Fe和Fe₃O₄結(jié)合假設(shè)1和假設(shè)3解答；
（2）根據(jù)鐵和Fe₃O₄都可以與稀鹽酸反應(yīng)分析；
（3）根據(jù)黑色粉末可能含有Fe和Fe₃O₄，加加入足量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)可能有Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以如果假設(shè)1：黑色粉末是純鐵粉，則只發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，滴加1～2滴20%KSCN溶液肯定不會變紅；如果假設(shè)2：黑色粉末中只含F(xiàn)e₃O₄，則只發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，滴加1～2滴20%KSCN溶液肯定會變紅；如果黑色粉末是Fe和Fe₃O₄的混合物，則發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，鐵多沒有三價鐵離子，滴加1～2滴20%KSCN溶液不會變紅，鐵少則含有三價鐵，滴加1～2滴20%KSCN溶液變紅；根據(jù)Fe₃O₄能溶于稀鹽酸，但不溶解于稀硫酸利用此性質(zhì)來分析，即取少量黑色粉末于小燒杯中，加入足量的3mol/L稀硫酸，充分攪拌，通過觀察沉淀溶解情況來分析；
（4）依據(jù)題意，能發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)為Fe，最后變成Fe₃O₄，增加的質(zhì)量就是反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)量差計算可以得出Fe的質(zhì)量，在進一步計算混合物中Fe₃O₄的質(zhì)量分數(shù)．

解答： 解：（1）該黑色粉末可能含有Fe和Fe₃O₄，也可能只含有Fe₃O₄黑色粉末，也可能只含有Fe；
故答案為：黑色粉末中只含F(xiàn)e₃O₄；
（2）因為鐵和Fe₃O₄都可以與稀鹽酸反應(yīng)，所以無論假設(shè)1、2、3，加入足量稀鹽酸，充分攪拌后粉末都全部溶解，故答案為：假設(shè)1、假設(shè)2和假設(shè)3；
（3）根據(jù)黑色粉末可能含有Fe和Fe₃O₄，加加入足量稀鹽酸，發(fā)生反應(yīng)可能有Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，所以如果假設(shè)1：黑色粉末是純鐵粉，則只發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，滴加1～2滴20%KSCN溶液肯定不會變紅；如果假設(shè)2：黑色粉末中只含F(xiàn)e₃O₄，則只發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O，滴加1～2滴20%KSCN溶液肯定會變紅；如果黑色粉末是Fe和Fe₃O₄的混合物，則發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，鐵多沒有三價鐵離子，滴加1～2滴20%KSCN溶液不會變紅，鐵少則含有三價鐵，滴加1～2滴20%KSCN溶液變紅；
根據(jù)Fe₃O₄能溶于稀鹽酸，但不溶解于稀硫酸，故取少量黑色粉末于小燒杯中，加入足量的3mol/L稀硫酸，充分攪拌，如果假設(shè)1：黑色粉末是純鐵粉，則只發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，粉末完全溶解；如果假設(shè)2：黑色粉末中只含F(xiàn)e₃O₄，則不反應(yīng)，粉末完全不溶解；如果黑色粉末是Fe和Fe₃O₄的混合物，則發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄不反應(yīng)，粉末部分溶解；
故答案為：取少量黑色粉末于小燒杯中，加入足量的3mol/L稀硫酸，充分攪拌；①2 ②1；3； ③完全溶解 ④完全不溶解 ⑤部分溶解；
Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑、Fe₃O₄+8H⁺=2Fe³⁺+Fe²⁺+4H₂O、Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（4）依據(jù)題意，能發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)為Fe，最后變成Fe₃O₄，增加的質(zhì)量就是反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，F(xiàn)e的質(zhì)量為

n-m

16

×

3

4

×56=

42(n-m)

16

，則混合物中Fe₃O₄的質(zhì)量分數(shù)

m- 42(n-m) 16

m

×100%=

29m-21n

8m

×100%，故答案為：

29m-21n

8m

×100%．

點評：本題考查實驗的設(shè)計及評價，以及物質(zhì)的組成及含量的測定，本題難度較大，做題時要特別重視題干所給給信息的應(yīng)用．