Question

20．已知Fe₂O₃与H₂反应会因温度不同而可能生成Fe₃O₄．某兴趣小组在用H₂还原Fe₂O₃的实验中，用磁铁吸出生成的黑色粉末X．为探究X的组成，他们进行了如下实验：
（1）甲同学认为黑色粉末能被磁铁吸附，因此X是铁．但乙同学不同意他的结论，原因是Fe₃O₄也能被磁铁吸咐，故不能由此确定X就是铁单质．
（2）乙同学先将少量黑色粉末X放入装有足量硫酸铜溶液的烧杯中，振荡，固体部分溶解，有极少量红色物质析出，过滤；然后向滤渣中加入盐酸，滴加几滴KSCN溶液，溶液出现红色．通过现象分析，丙同学得出X的组成是Fe和Fe₃O₄．
①滴加KSCN溶液的目的是检验是否存在Fe³⁺，确认Fe₃O₄的存在．
②若将粉末X直接加入盐酸中，再加KSCN溶液，溶液不出现红色，则不出现红色的原因是（用离子方程式表示）Fe+2Fe³⁺═3Fe²⁺．
（3）丁同学的实验方案
[2.88gX]$→_{搅拌}^{足量盐酸}$[溶液Y]$→_{足量氨水}^{足量H_{2}O_{2}操作Z}$[沉淀]$\stackrel{灼烧}{→}$[3.2g红棕色固体]，操作Z是过滤、洗涤．通过以上数据，得出2.88g黑色粉末X中各成分的物质的量为n（Fe₃O₄）=0.01 mol、n（Fe）=0.01 mol．．
（4）若FeCO₃浊液长时间暴露在空气中，会有部分固体表面变为红褐色，该变化的化学方程式为4FeCO₃+O₂+6H₂O=4Fe（OH）₃+4CO₂．

Answer 1

分析 （1）根据Fe、Fe₃O₄能被磁铁吸附来回答；
（2）①四氧化三铁可以和盐酸反应，铁离子遇到硫氰化钾显示血红色；
②金属铁可以和铁离子之间发生反应生成亚铁离子；
（3）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；
（4）亚铁离子易被氧气氧化为三价铁，FeCO₃与氧气、水反应生成氢氧化铁和二氧化碳．

解答 解：（1）黑色粉末能被磁铁吸附，Fe、Fe₃O₄能被磁铁吸附，故不能由此确定X就是铁单质，
故答案为：Fe₃O₄也能被磁铁吸咐，故不能由此确定X就是铁单质；
（2）①滴加几滴KSCN溶液，溶液出现血红色，可以证明存在Fe³⁺，进而证明黑色固体中含有四氧化三铁，确认Fe₃O₄的存在，
故答案为：检验是否存在Fe³⁺，确认Fe₃O₄的存在；
②X的组成是Fe和Fe₃O₄，向其中加入盐酸，Fe₃O₄溶于其中得到氯化铁溶液会和金属铁之间反应得到氯化亚铁，即Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，不会使KSCN变色，
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（3）①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，
故答案为：过滤、洗涤；
②流Fe+Fe₃O₄$\stackrel{足量盐酸}{→}$FeCl₂、FeCl₃$\stackrel{足量氨水、氢氧化钠}{→}$Fe（OH）₂ Fe（OH）₃$\stackrel{灼烧恒重}{→}$Fe₂O₃；依据反应过程中铁元素守恒，3.2gFe₂O₃物质的量=$\frac{3.2g}{160g/mol}$=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；
即n（Fe₃O₄）=0.01mol；n（Fe）=0.01mol．
故答案为：n（Fe₃O₄）=0.01mol、n（Fe）=0.01mol．
（4）碳酸亚铁中，亚铁离子易被氧气氧化为三价铁，FeCO₃与氧气、水反应生成氢氧化铁和二氧化碳，反应的化学方程式为：4FeCO₃+O₂+6H₂O=4CO₂+4Fe（OH）₃，
故答案为：4FeCO₃+O₂+6H₂O=4Fe（OH）₃+4CO₂．

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，题目难度大．