Question

某化學(xué)課外活動小組在實驗室做了如下一系列實驗：
該小組設(shè)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(xué)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(xué)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(dǎo)氣管接裝置Ⅲ后，從D處導(dǎo)氣管通入一氧化氮氣體排凈集氣瓶內(nèi)的水

學(xué)習(xí)小組在研究CH₄還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生，則黑色粉末中一定有

Fe

，產(chǎn)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(shè)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(guān)閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內(nèi)的液面高于導(dǎo)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(jié)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F(xiàn)e₃O₄，某同學(xué)設(shè)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(xiàn)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(yīng)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(guān)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(zhuǎn)移固體．
（5）通過以上數(shù)據(jù)，計算黑色粉末中兩組分的質(zhì)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(yīng)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(dǎo)氣管短進長出收集；
二、（一）（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生，證明含有金屬鐵；
（2）①裝置A是啟普發(fā)生器的原理應(yīng)用，關(guān)閉止水夾，依據(jù)氣體壓強的關(guān)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(yīng)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(jù)和酸反應(yīng)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(yīng)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(nèi)灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)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(yīng)生成氧氣，可以用水滴入過氧化鈉中，發(fā)生反應(yīng)2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；過氧化氫滴入固體二氧化錳中反應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)氣管接裝置Ⅲ后，從D處導(dǎo)氣管通入一氧化氮氣體排凈集氣瓶內(nèi)的水，收集到一氧化氮氣體；
二、（一）（1）還原Fe₂O₃的實驗中，發(fā)現(xiàn)生成的黑色粉末各組分均能被磁鐵吸引，應(yīng)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(chǎn)生，證明含有金屬鐵；發(fā)生反應(yīng)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(yīng)用，關(guān)閉止水夾，依據(jù)氣體壓強的關(guān)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(guān)閉止水夾K，往長頸漏斗加水至漏斗內(nèi)的液面高于導(dǎo)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(yīng)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(yīng)4H₂+Fe₃O₄=3Fe+4H₂O，判斷可以含有；故答案為：是；
④依據(jù)和酸反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi)灼燒制恒重得到紅褐色固體為氧化鐵；依據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式，結(jié)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(jù)反應(yīng)過程中鐵元素守恒，3.2gFe₂O₃物質(zhì)的量=

3.2g

160g/mol

=0.02mol；
設(shè)鐵物質(zhì)的量為X，四氧化三鐵物質(zhì)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(zhì)量為5.6g；四氧化三鐵的質(zhì)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(zhì)組成，測定物質(zhì)含量的定量實驗操作和實驗設(shè)計，主要考查鐵及其化合物的性質(zhì)應(yīng)用，實驗基本操作的分析判斷，實驗現(xiàn)象的推斷和應(yīng)用，元素守恒的計算應(yīng)用，綜合性較強，題目難度中等．