Question

某活動小組根據下圖所示進行模擬煉鐵的實驗，并對產物的成分進行探究．

提出問題：黑色粉末A可能是什么呢？
查閱資料：小華查閱資料，得到關于鐵的氧化物如下信息：

鐵的氧化物	Fe2O3	Fe3O4	FeO
顏色	紅	黑	黑
物理性質	不能被磁鐵吸引	能被磁鐵吸引	不能被磁鐵吸引
化性質	可溶于酸	常溫下不溶于稀酸	可溶于酸，但不生成氣體

提出猜想：（1）小明認為黑色粉末A全部是鐵粉．為了證明自己的猜想小明設計了如圖的實驗，該實驗中，小明加入的溶液是

硫酸銅溶液

；實驗過程中操作Ⅰ是

過濾

這個實驗基本操作．
小華根據小明的實驗認定小明的猜想是錯誤的，理由是

加入足量硫酸銅溶液反應后過濾，還有黑色粉末存在

．
（2）小華根據資料提出了自己的兩個猜想，請結合所知識補充余下的一個猜想．
猜想①：黑色粉末A由鐵粉和四氧化三鐵（Fe₃O₄）組成
猜想②：黑色粉末A由鐵粉和氧化亞鐵（FeO）組成
猜想③：

黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成

實驗探究

方案	實驗操作	可能的現象	結論
①	取適量黑色粉末A 用磁鐵吸引	黑色粉末A全部被吸引	猜想①正確
②	適量黑色粉末A 用磁鐵吸引	黑色粉末部分被吸引	猜想②正確
③	取適量黑色粉末B，加入足量稀鹽酸	黑色粉末B部分溶解	猜想③正確

反思評價：小娟認為方案②中得出的結論不正確，其理由是

含有四氧化三鐵時，也發生同樣的現象

．
得出結論：黑色粉末A是鐵和氧化亞鐵的混合物．
小華想測定黑色粉末A中鐵的質量分數，設計了如下實驗：
取8g黑色粉末A加入50g足量的稀硫酸，充分反應后稱量，剩余物質的質量為57.8g，則該黑色粉末A中鐵的質量分數是多少？（寫出計算過程）

Answer 1

分析：（1）根據有顏色的離子有：銅離子、亞鐵離子、鐵離子，最后得到的固體中有紅色固體（可認為是銅）來進行推測，根據固體與液體分離的方法考慮；根據鐵與硫酸銅反應后的產物考慮組成；（2）根據黑色物質的組成可能的情況進行猜測；根據實驗的結論和操作再結合查閱資料中的內容反推出實驗現象；根據質量的減少量是生成氫氣的質量，根據氫氣的質量算出鐵的質量，再用鐵的質量除以鐵樣品的質量．

解答：解：（1）由黑色粉末A加入足量X溶液得到有色溶液和黑色固體、紅色固體，常見的紅色固體是銅，根據置換反應可知鐵把銅置換出來了，所以加入的溶液是銅的鹽溶液，可認為是硫酸銅溶液，硫酸銅與鐵反應能生成銅和硫酸亞鐵，硫酸亞鐵是淺綠色的；把不溶于液體的固體與液體分離的方法是過濾；由于加入的硫酸銅是足量的，所以固體中的鐵都能被反應掉，通過檢測發現加入硫酸銅后，還有黑色固體不溶物，說明不可能全部為鐵，小明認為黑色粉末A全部是鐵粉，所以該說法錯誤；
（2）黑色粉末有：鐵粉、四氧化三鐵（Fe₃O₄）、氧化亞鐵，所以這三種相互組合情況有：黑色粉末A由鐵粉和四氧化三鐵（Fe₃O₄）組成、黑色粉末A由鐵粉和氧化亞鐵（FeO）組成、黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成；因為鐵粉能被磁鐵吸引，四氧化三鐵也能被磁鐵吸引，所以如果是這兩種物質組成，現象為：黑色粉末A全部被吸引；由于氧化亞鐵溶于酸，四氧化三鐵不溶于酸，所以加入酸，看黑色固體是否被溶解，如果部分溶解，說明含有四氧化三鐵；小娟認為方案②中得出的結論不正確她認為含有四氧化三鐵時，也發生同樣的現象；
 根據質量的減少量是生成氫氣的質量，所以生成氫氣的質量為：8g+50g-57.8g=0.2g，設要生成0.2g氫氣，需要鐵質量為X則：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
         56             2
        X             0.2g
根據：

56

2

=

X

0.2g

解得X=5.6g，則該黑色粉末A中鐵的質量分數是

5.6g

8g

×100%=70%．
故答案為：（1）硫酸銅溶液、過濾；加入足量硫酸銅溶液反應后過濾，還有黑色粉末存在
（2）猜想3：黑色粉末A由鐵粉、氧化亞鐵和四氧化三鐵組成

方案	實驗操作	可能的現象	結論
①		黑色粉末A全部被吸引
②
③	取適量黑色粉末B，加入足量稀鹽酸 （或者取適量黑色粉末B用磁鐵吸引；黑色粉末部分被吸引）	黑色粉末B部分溶解 （黑色粉末B部分被吸引）

反思評價：含有四氧化三鐵時，也發生同樣的現象
計算：70%

點評：要學會根據實驗結論和實驗步驟反推實驗現象的方法，知道常見的黑色固體，并熟記它們的性質，學會根據查閱資料的信息做題的方法．