Question

4．研究小組進(jìn)行木炭還原氧化鐵的探究活動．將木炭、氧化鐵及試管充分烘干，并將木炭和氧化鐵混合均勻、研磨．取適量上述混合物于試管中，用右圖1所示的裝置加熱（試管豎直向上，可使加熱時的熱量盡少散失）．
【提出問題】實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，試管中的剩余固體X含有哪些成分，質(zhì)量分別是多少？
【查閱資料】

鐵的氧化物被還原時，是從高價鐵的氧化物逐級還原成低價鐵的氧化物，最后還原成金屬鐵．鐵的部分氧化物的性質(zhì)如下：
Fe₃O₄具有很好的磁性，能被磁鐵吸引．鐵的三種氧化物均不溶于水，但能溶于稀鹽酸，分別發(fā)生如下反應(yīng)：
Fe₂O₃+6HCl══2FeCl₃+3H₂O
Fe₃O₄+8HCl══2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O
FeO+2HCl══FeCl₂+H₂O
黃色的FeCl₃溶液中滴入無色的KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，該實(shí)驗(yàn)常用于檢驗(yàn)FeCl₃；FeCl₃溶液遇單質(zhì)鐵發(fā)生反應(yīng)：2FeCl₃+Fe=3FeCl₂，溶液變?yōu)闇\綠色．
【猜想】固體X可能含有：①Fe  ②FeO  ③Fe₃O₄  ④Fe₂O₃（寫化學(xué)式）  ⑤C
【實(shí)施實(shí)驗(yàn)】
目的：確定固體X的組成．

步驟	操作	主要現(xiàn)象	結(jié)論
I	取部分冷卻后的固體X倒在濾紙上，用磁鐵充分吸引．	部分固體被吸引到磁鐵上	可能有Fe或Fe3O4
II	取濾紙上的剩余固體少量，放入圖2所示的試管a中，通入氧氣，用酒精燈加熱．	固體劇烈燃燒，b中溶液變渾濁	一定有C．
III	另取濾紙上的剩余固體少量，放入試管中，加入足量的稀鹽酸．	無明顯現(xiàn)象	一定沒有FeO和Fe2O3 ．
IV	取步驟I磁鐵上的固體少量，放入試管中，逐滴加入稀鹽酸．	產(chǎn)生產(chǎn)生氣泡．	一定有Fe
V	在步驟IV所得溶液中逐滴加入KSCN溶液．	溶液不變紅色	一定沒有Fe3O4

【反思改進(jìn)】
同學(xué)們討論發(fā)現(xiàn)，用上述實(shí)驗(yàn)方法不能確定固體X中一定沒有Fe₃O₄，理由是固體X中如果含有Fe₃O₄，步驟V中加鹽酸后，由于鐵與FeCl₃反應(yīng)生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不變血紅色．
為確定固體X中是否含F(xiàn)e₃O₄并測定其中各成分的質(zhì)量，同學(xué)們又進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：

步驟	操作	數(shù)據(jù)
I	重新取部分冷卻至室溫的固體X，稱量其質(zhì)量為m1．	m1=17.9g
II	將稱量好的固體X全部放入圖3所示的錐形瓶中，稱量整套裝置及藥品的質(zhì)量為m2；打開分液漏斗旋塞，放入足量稀鹽酸后關(guān)閉旋塞，待沒有氣泡產(chǎn)生并恢復(fù)至室溫，再次稱量整套裝置及藥品的質(zhì)量為m3．	m2=317.9g m3=317.3g
III	將錐形瓶中剩余的固體過濾、洗滌并干燥，稱量其質(zhì)量為m4．	m4=1.1g

【獲得結(jié)論】
（1）為確定固體X中是否含F(xiàn)e₃O₄，m₁～m₄中應(yīng)該用到的數(shù)據(jù)有m₁、m₂、m₃和m₄．
（2）固體X各成分的質(zhì)量比為11：168．

Answer 1

分析 【猜想】根據(jù)氧化鐵有可能剩余進(jìn)行分析；
【實(shí)施實(shí)驗(yàn)】根據(jù)氧化亞鐵和氧化鐵能和鹽酸反應(yīng)，鐵和鹽酸反應(yīng)生成氫氣以及鐵離子的檢驗(yàn)，黃色的FeCl₃溶液中滴入無色的KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色進(jìn)行分析；
【反思改進(jìn)】根據(jù)鐵離子和鐵反應(yīng)會生成亞鐵離子進(jìn)行分析；
【獲得結(jié)論】（1）根據(jù)鐵和鹽酸反應(yīng)會生成氯化亞鐵和氫氣，依據(jù)m₂、m₃的質(zhì)量差可以求出氫氣的質(zhì)量，進(jìn)而求出鐵的質(zhì)量，m₄的質(zhì)量是碳的質(zhì)量，通過鐵和碳的質(zhì)量和與m₁比較確定樣品中是否含有四氧化三鐵；
（2）根據(jù)碳不會與鹽酸反應(yīng)，確定m₄的質(zhì)量碳的質(zhì)量，通過氫氣的質(zhì)量可以求出鐵的質(zhì)量．

解答 解：【猜想】通過分析可知，氧化鐵可能有剩余，所以猜想④是Fe₂O₃；
【實(shí)驗(yàn)實(shí)施】氧化亞鐵和氧化鐵能和鹽酸反應(yīng)，鐵和鹽酸反應(yīng)生成氫氣以及鐵離子的檢驗(yàn)，黃色的FeCl₃溶液中滴入無色的KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，所以

步驟	操作	主要現(xiàn)象	結(jié)論
Ⅰ	取部分冷卻后的固體X倒在濾紙上，用磁鐵充分吸引．	部分固體被吸引到磁鐵上	可能有Fe或Fe3O4
Ⅱ	取濾紙上的剩余固體少量，放入圖2所示的試管a中，通入氧氣，用酒精燈加熱．	固體劇烈燃燒，b中溶液變渾濁	一定有C
Ⅲ	另取濾紙上的剩余固體少量，放入試管中，加入足量的稀鹽酸．	無明顯現(xiàn)象	一定沒有FeO和Fe2O3
Ⅳ	取步驟I磁鐵上的固體少量，放入試管中，逐滴加入稀鹽酸．	產(chǎn)生氣泡	一定有Fe
Ⅴ	在步驟IV所得溶液中逐滴加入KSCN溶液	溶液不變紅色	一定沒有Fe3O4

【反思改進(jìn)】鐵離子和鐵反應(yīng)會生成亞鐵離子，所以用上述實(shí)驗(yàn)方法不能確定固體X中一定沒有Fe₃O₄，理由是：固體X中如果含有Fe₃O₄，步驟V中加鹽酸后，由于鐵與FeCl₃反應(yīng)生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不變血紅色；
【獲得結(jié)論】（1）鐵和鹽酸反應(yīng)會生成氯化亞鐵和氫氣，依據(jù)m₂、m₃的質(zhì)量差可以求出氫氣的質(zhì)量，進(jìn)而求出鐵的質(zhì)量，m₄的質(zhì)量是碳的質(zhì)量，通過鐵和碳的質(zhì)量和與m₁比較確定樣品中是否含有四氧化三鐵，所以為確定固體X中是否含F(xiàn)e₃O₄，m₁～m₄中應(yīng)該用到的數(shù)據(jù)有m₁、m₂、m₃和m₄；
（2）碳不會與鹽酸反應(yīng)，確定m₄的質(zhì)量碳的質(zhì)量，所以反應(yīng)后固體X中含有碳的質(zhì)量為1.1g，
根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，生成氫氣的質(zhì)量為：317.9g-371.3g=0.6g
設(shè)固體X中鐵的質(zhì)量為x，
Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑
56                      2  
x                     0.6g
$\frac{56}{2}=\frac{x}{0.6g}$
 x=16.8g
碳和鐵的質(zhì)量之和是：16.8g+1.1g=17.9g，所以固體X中不含四氧化三鐵，成分是碳和鐵，質(zhì)量比為：1.1g：16.8g=11：168．
故答案為：
【猜想】④Fe₂O₃；
【實(shí)驗(yàn)實(shí)施】III．FeO和Fe₂O₃，IV．氣泡，V．KSCN溶液；
【反思改進(jìn)】固體X中如果含有Fe₃O₄，步驟V中加鹽酸后，由于鐵與FeCl₃反應(yīng)生成FeCl₂，遇KSCN溶液也不變血紅色；
【獲得結(jié)論】（1）m₁、m₂、m₃和m₄；
（2）11：168．

點(diǎn)評 在解此類題時，首先分析題中考查的問題，然后結(jié)合學(xué)過的知識和題中所給的資料進(jìn)行解答，要學(xué)會對問題進(jìn)行分解．