Question

某化学课外活动小组在实验室做了如下一系列实验：
该小组设计了如图1所示的一套气体发生、收集和尾气吸收装置以探究装置的多功能性．
①甲同学认为装置Ⅰ可作为实验室制氧气的快速发生器，则装置Ⅰ的a仪器中可加入______或______，装置Ⅱ从______管口进气即可作为排气法收集O₂的装置．
②乙同学认为利用装置Ⅱ，可收集NO，试简述操作方法______．．学习小组在研究CH₄还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引．查阅资料得知：在温度不同、受热不均时会生成具有磁性的Fe₃O₄．为进一步探究黑色粉末的组成及含量，他们进行如下实验．
（一）定性检验
（1）往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，则黑色粉末中一定有______，产生气泡的离子方程式为______．
（2）热还原法检验：按图2装置连接好仪器（图中夹持设备已略去），检查装置的气密性．往装置中添加药品．打开止水夹K通人氢气，持续一段时间后再点燃C处的酒精灯．
请回答下列问题：
①检查装置A气密性的方法是______．
②B中试剂的名称是_______．
③若加热一段时间后，装置D中白色粉末变蓝色，对黑色粉末的组成得出的结论是______ （填“是或否”）含有Fe₃O₄．
④综上所述：黑色粉末的组成为______和______．
（3）为进一步证明黑色粉末是否含Fe₃O₄，某同学设计实验方案如下：取少量黑色粉末于试管，加足量盐酸，充分振荡使黑色粉末完全溶解，滴人KSCN溶液，观察现象．请分析此方案是否可行，并解释原因．答：______．
（二）．沉淀法定量测定
为进一步分析该黑色粉中两组分的比例关系，按图3实验流程进行测定．
（4）操作II的名称是______、______、转移固体．
（5）通过以上数据，计算黑色粉末中两组分的质量分别为______．

Answer 1

解：一、①装置Ⅰ可作为实验室制氧气的快速发生器，是分液漏斗中a的液体加入烧瓶b中迅速发生反应生成氧气，可以用水滴入过氧化钠中，发生反应2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；过氧化氢滴入固体二氧化锰中反应生成氧气，2H₂O₂2H₂O+O₂↑；氧气比空气重可以用向上排气法收集气体，集气瓶中气体通入为长进短处，C处进D出；故答案为：H₂O H₂O₂ C；
②一氧化氮气体易被氧气氧化，不能用排气法收集，难溶于水可以用排水法收集，利用装置Ⅲ装满水导气管短进长出收集；故答案为：先往集气瓶中装满水，按照图Ⅱ装置好，C导气管接装置Ⅲ后，从D处导气管通入一氧化氮气体排净集气瓶内的水，收集到一氧化氮气体；
二、（一）（1）还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，应为铁或四氧化三铁，换货二者混合物，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；发生反应Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑黑色粉末中一定含有铁，故答案为：Fe；Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）①装置A是启普发生器的原理应用，关闭止水夹，依据气体压强的关系，从长颈漏斗加入水至一定高度，看水面是否变化分析是否漏水；
故答案为：关闭止水夹K，往长颈漏斗加水至漏斗内的液面高于导气管，静置一段时间后液面差保持不变，说明装置A的气密性良好
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管；吸收氢气中的水蒸气用浓硫酸溶液，故答案为：浓硫酸；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe₃O₄ 被氢气还原生成水，发生反应4H₂+Fe₃O₄=3Fe+4H₂O，判断可以含有；故答案为：是；
④依据和酸反应生成氢气和验证生成水判断黑色固体为铁和四氧化三铁；故答案为：Fe和Fe₃O₄；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴人KSCN溶液，不变血红色可能有两种情况，一种是五铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；所以方案不正确；
故答案为：不可行，因Fe₃O₄溶于盐酸生成Fe³⁺与Fe反应生成Fe²⁺，溶液不变色；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；依据反应的化学方程式，结合铁元素守恒计算判断；
Fe+Fe₃O₄FeCl₂ FeCl₃Fe（OH）₂ Fe（OH）₃Fe₂O₃；依据反应过程中铁元素守恒，3.2gFe₂O₃物质的量==0.02mol；
设铁物质的量为X，四氧化三铁物质的量为Y，得到：56X+232Y=2.88 X+3Y=0.02×2
解方程得到X=0.01mol；Y=0.01mol；铁的质量为5.6g；四氧化三铁的质量为2.32g；
故答案为：过滤、洗涤 5、Fe 0.56 Fe₃O₄ 2.32
分析：一、①装置Ⅰ可作为实验室制氧气的快速发生器，是分液漏斗中a的液体加入烧瓶b中迅速发生反应生成氧气，可以用水滴入过氧化钠中，过氧化氢滴入固体二氧化锰中；氧气比空气重可以用向上排气法收集气体；
②一氧化氮气体易被氧气氧化，不能用排气法收集，难溶于水可以用排水法收集，利用装置Ⅲ装满水导气管短进长出收集；
二、（一）（1）还原Fe₂O₃的实验中，发现生成的黑色粉末各组分均能被磁铁吸引，往黑色粉末中滴加盐酸，观察到有气泡产生，证明含有金属铁；
（2）①装置A是启普发生器的原理应用，关闭止水夹，依据气体压强的关系，从长颈漏斗加入水至一定高度，看水面是否变化分析是否漏水；
②气体进入C装置前需要除去水蒸气，否则以炸裂玻璃管；
③D中白色粉末硫酸铜变蓝色证明反应有水生成，黑色固体中含有Fe₃O₄ 被氢气还原生成水，判断可以含有；
④依据和酸反应生成氢气和验证生成水判断黑色固体为铁和四氧化三铁；
（3）黑色粉末加入足量盐酸溶解后，滴人KSCN溶液，不变血红色可能有两种情况，一种是五铁离子存在，一种是有铁离子存在，和过量的铁反应生成亚铁离子；
（4）Ⅲ流程是黑色粉末加入过量盐酸溶解后，加入足量氨水沉淀离子，加入足量氢氧化钠保证碱性环境下离子全部沉淀，操作Ⅱ是过滤、洗涤得到沉淀，放在坩埚内灼烧制恒重得到红褐色固体为氧化铁；依据反应的化学方程式计算判断；
点评：本题考查了探究物质组成，测定物质含量的定量实验操作和实验设计，主要考查铁及其化合物的性质应用，实验基本操作的分析判断，实验现象的推断和应用，元素守恒的计算应用，综合性较强，题目难度中等．