Question

【题目】研究小组进行木炭还原氧化铁的探究活动。将木炭、氧化铁及试管充分烘干，并将木炭和氧化铁混合均匀、研磨。取适量上述混合物于试管中，用图1所示的装置加热（试管竖直向上，可使加热时的热量尽少散失）。

【提出问题】实验结束后，试管中的剩余固体X含有哪些成分，质量分别是多少？

【查阅资料】

铁的氧化物被还原时，是从高价铁的氧化物逐级还原成低价铁的氧化物，最后还原成金属铁。铁的氧化物及其部分性质如下：

为红色固体； 和均为黑色固体。其中，具有很好的磁性，能被磁铁吸引。三种氧化物均不溶于水，但能溶于稀盐酸，分别发生如下反应：

Fe2O3+6HCl ══ 2FeCl3+3HO

Fe3O4+8HCl ══ 2FeCl3+FeCl2+4H2O

FeO+2HCl ══ FeCl2 + H2O

黄色的溶液中滴入无色的KSCN溶液，溶液变为红色，该实验常用于检验；溶液遇单质铁发生反应：2FeCl3 + Fe = 3FeCl2，溶液变为浅绿色。

【猜想】固体X可能含有：① ② ③ ④ ⑤

【实施实验】

目的：确定固体X的组成。

步骤	操作	主要现象	结论
I	取部分冷却后的固体X倒在滤纸上，用磁铁充分吸引。	部分固体被吸引到磁铁上	可能有或
II	取滤纸上的剩余固体少量，放入图2所示的试管a中，通入氧气，用酒精灯加热。	固体剧烈燃烧， b中溶液变浑浊	一定有
III	另取滤纸上的剩余固体少量，放入试管中，加入足量的稀盐酸。	无明显现象	一定没有
IV	取步骤I磁铁上的固体少量，放入试管中，逐滴加入稀盐酸。	产生 。	一定有
V	在步骤IV所得溶液中逐滴加入 。	溶液不变红色	一定没有

【反思改进】

同学们讨论发现，用上述实验方法不能确定固体X中一定没有，理由是 。

为确定固体X中是否含Fe3O4并测定其中各成分的质量，同学们又进行了以下实验：

步骤	操作	数据
I	重新取部分冷却至室温的固体X，称量其质量为m1。	m1 = 17.9 g
II	将称量好的固体X全部放入图3所示的锥形瓶中，称量整套装置及药品的质量为m2；打开分液漏斗旋塞，放入足量稀盐酸后关闭旋塞，待没有气泡产生并恢复至室温，再次称量整套装置及药品的质量m3。	m2 = 317.9 g m3 = 317.3.g
III	将锥形瓶中剩余的固体过滤、洗涤并干燥，称量其质量为m4。	m4 = 1.1 g

【获得结论】

（1）为确定固体X中是否含，m1~m4中应该用到的数据有 。

（2）固体X的成分及质量分别是 。

Answer 1

【答案】【猜想】④；【实施实验】III. 和；IV.气泡；V.溶液；【反思改进】固体X中如果含有，步骤V中加入盐酸后，由于铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，遇硫氰化钾溶液也不变为血红色.【获得结论】(1)m1、m2、m3和m4；(2)：1.1g；：16.8g

【解析】【猜想】根据质量守恒定律可知剩余固体X中可能还含有；

【实施实验】III. 因为氧化亚铁和稀盐酸反应生成氯化亚铁，使溶液呈浅绿色，氧化铁与稀盐酸反应生成氯化铁，使溶液呈黄色，所以如果取滤纸上的剩余固体少量，放入试管中，加入足量的稀盐酸，没有明显现象，说明一定没有和；IV.因为铁与稀盐酸反应生成氢气，所以取步骤I磁铁上的固体少量，放入试管中，逐滴加入稀盐酸，如果有气泡产生，则固体中一定含有铁；V. 因为四氧化三铁与稀盐酸反应生成氯化铁和氯化亚铁及水，且黄色的溶液中滴入无色的溶液，溶液变为红色，所以在步骤IV所得溶液中逐滴加入溶液，若固体中不含有四氧化三铁，则溶液不变红色；

【反思改进】又因为溶液遇单质铁发生反应：可知，如果固体X中含有，步骤V中加入盐酸后，由于铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，遇硫氰化钾溶液也不变为血红色.

【获得结论】(1)要确定固体X中是否含，由表格中的数据可知m1是固体总质量，m2和m3的质量差为铁与酸反应生成的氢气质量，即：317.9g-317.3g=0.6g；m4是不与酸反应的碳的质量，即17.9g固体中含有1.1g的碳；因此要测定固体X中是否含有四氧化三铁，需要m1、m2、m3和m4四个数据.

设固体混合物中含有铁的质量为x，

56 2

x 0.6g

56：x=2：0.6g x=16.8g

所以固体X中含有：1.1g；：16.8g，不含有四氧化三铁.

试题分析：【猜想】根据质量守恒定律进行猜想；【实施实验】根据氧化亚铁、四氧化三铁、铁与稀盐酸的反应现象，以及氯化铁与氰化钾溶液反应的颜色变化分析；【反思改进】根据铁与氯化铁反应会生成氯化亚铁，氯化亚铁遇氰化钾不变红色分析；【获得结论】根据表格中的数据可知m1是固体总质量，m2和m3的质量差为铁与酸反应生成的氢气质量，即：317.9g-317.3g=0.6g；m4是不与酸反应的碳的质量，即17.9g固体中含有1.1g的碳分析；根据反应中生成氢气的质量可以计算固体中铁的质量，根据铁和碳的质量可以判断固体中是否含有四氧化三铁.