Question

某課外小組同學(xué)做了如下探究實(shí)驗(yàn)：將蘸有飽和氯化鐵溶液的粉筆，用坩堝鉗夾持置于酒精燈火焰上灼燒，一分鐘內(nèi)可觀察到如下顏色變化：黃色（氯化鐵溶液）--紅褐色（A）--鐵銹紅色（B）--黑色（C）．
（1）關(guān)于粉筆由黃色變紅褐色，請(qǐng)你結(jié)合化學(xué)用語(yǔ)給出簡(jiǎn)要解釋

 

．
（2）寫出（A）→（B）變化的化學(xué)方程式

 

．對(duì)于黑色產(chǎn)生的原因，討論時(shí)形成了2種不同的觀點(diǎn)，甲組同學(xué)認(rèn)為是粉筆吸收了酒精未完全燃燒產(chǎn)生的碳粒所致，而乙組同學(xué)則認(rèn)為可能是灼燒過程中鐵元素價(jià)態(tài)發(fā)生了變化．他們?nèi)灾挥梅酃P和酒精燈解決了上述爭(zhēng)議，直接證明了乙組觀點(diǎn)的合理性．其實(shí)驗(yàn)方案可能是

 

．為進(jìn)一步確認(rèn)乙組的結(jié)論，他們進(jìn)行了進(jìn)一步的探究：如圖所示加熱氧化鐵，觀察到紅色粉末逐漸變黑．之后，移動(dòng)酒精燈只微熱試管底部，使黑色固體在乙醇?xì)忪F中慢慢冷卻．停止實(shí)驗(yàn)，取下新制的氫氧化銅試管加熱，試管中有紅色沉淀生成．
（3）寫出加熱盛有堿性氫氧化銅濁液試管時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．對(duì)黑色物質(zhì)的成分，大家進(jìn)行了分析討論．之后取出黑色粉末進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究：
a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微熱，全部溶解，未觀察到任何氣泡產(chǎn)生；
b．取a步驟所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，觀察到紫色褪去；
c．另取a步驟所得溶液少量，加入硫氰化鉀溶液，出現(xiàn)血紅色．
（4）實(shí)驗(yàn)a說明黑色粉末中不含有

 

；
（5）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果判斷，黑色粉末的化學(xué)成分可能是

 

；為進(jìn)一步確認(rèn)黑色粉末的成分，下列實(shí)驗(yàn)方案可行的是（選填序號(hào)）

 

；
A．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 H₂ 充分還原，并用干燥劑收集所得水，獲得水的準(zhǔn)確質(zhì)量，進(jìn)行計(jì)算．
B．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，加熱蒸干溶液并在空氣中灼燒至質(zhì)量不變，稱量所得粉末質(zhì)量，進(jìn)行計(jì)算．
C．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，配成一定體積的溶液，設(shè)法測(cè)定其中 Fe³⁺ 濃度，進(jìn)行計(jì)算．
D．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 CO 充分還原，在CO氣流中冷卻后準(zhǔn)確稱量剩余固體的質(zhì)量，計(jì)算．
E．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，與一定質(zhì)量鋁粉混合后點(diǎn)燃，充分反應(yīng)后冷卻，準(zhǔn)確稱量剩余固體質(zhì)量，進(jìn)行計(jì)算．
（6）假設(shè)鐵的氧化物用Fe_aO_b表示，請(qǐng)你寫出上述酒精還原氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）氯化鐵溶液中水解生成氫氧化銅和氯化氫，加熱促進(jìn)水解正向進(jìn)行，氯化氫揮發(fā)，生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；
（2）紅褐色（A）--鐵銹紅色（B），是氫氧化鐵受熱分解生成氧化鐵；甲組同學(xué)認(rèn)為是粉筆吸收了酒精未完全燃燒產(chǎn)生的碳粒所致，而乙組同學(xué)則認(rèn)為可能是灼燒過程中鐵元素價(jià)態(tài)發(fā)生了變化，說明了乙組觀點(diǎn)的合理性可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，粉筆直接在酒精燈上灼燒分析判斷；
（3）加熱盛有堿性氫氧化銅濁液試管時(shí)反應(yīng)生成甲酸鹽，氧化亞銅和水；
（4）取黑色粉末加入足量稀硫酸，微熱，全部溶解，未觀察到任何氣泡產(chǎn)生，說明無(wú)鐵單質(zhì)；
（5）a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微熱，全部溶解，未觀察到任何氣泡產(chǎn)生，說明無(wú)鐵單質(zhì)；
b．取a步驟所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，觀察到紫色褪去，說明含有亞鐵離子；
c．另取a步驟所得溶液少量，加入硫氰化鉀溶液，出現(xiàn)血紅色，說明含有鐵離子．
為進(jìn)一步確認(rèn)黑色粉末的成分，分析選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過程和定量計(jì)算關(guān)系；
A．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 H₂ 充分還原，并用干燥劑收集所得水，獲得水的準(zhǔn)確質(zhì)量，計(jì)算得到氧元素質(zhì)量和鐵元素質(zhì)量，依據(jù)鐵元素和氧元素物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式；
B．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，加熱蒸干溶液并在空氣中灼燒至質(zhì)量不變，稱量所得粉末質(zhì)量，得到氧化鐵質(zhì)量，依據(jù)鐵元素守恒進(jìn)行計(jì)算；
C．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，配成一定體積的溶液，設(shè)法測(cè)定其中 Fe³⁺ 濃度，計(jì)算鐵離子物質(zhì)的量，利用極值方法計(jì)算分析；
D．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 CO 充分還原，在CO氣流中冷卻后準(zhǔn)確稱量剩余固體的質(zhì)量，依據(jù)鐵元素和氧元素質(zhì)量守恒計(jì)算鐵元素和氧元素物質(zhì)的量之比分析判斷氧化物的存在形式；
E．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，與一定質(zhì)量鋁粉混合后點(diǎn)燃，充分反應(yīng)后冷卻，準(zhǔn)確稱量剩余固體質(zhì)量，反應(yīng)前后都是固體反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，不能計(jì)算；．
（6）假設(shè)鐵的氧化物用Fe_aO_b表示，酒精還原氧化鐵反應(yīng)生成Fe_aO_b，酒精被氧化為乙醛和水；

解答： 解：（1）關(guān)于粉筆由黃色變紅褐色，氯化鐵溶液中水解生成氫氧化銅和氯化氫，F(xiàn)eCl₃+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCl，加熱促進(jìn)水解正向進(jìn)行，氯化氫揮發(fā)，生成氫氧化鐵紅褐色沉淀；
故答案為：FeCl₃+3H₂O?Fe（OH）₃+3HCl，加熱過程中HCl揮發(fā)，水解平衡不斷右移，黃色的FeCl₃轉(zhuǎn)化為紅褐色的Fe（OH）₃；
（2）紅褐色（A）--鐵銹紅色（B），是氫氧化鐵受熱分解生成氧化鐵；甲組同學(xué)認(rèn)為是粉筆吸收了酒精未完全燃燒產(chǎn)生的碳粒所致，而乙組同學(xué)則認(rèn)為可能是灼燒過程中鐵元素價(jià)態(tài)發(fā)生了變化，說明了乙組觀點(diǎn)的合理性可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，粉筆直接在酒精燈上灼燒若無(wú)變黑現(xiàn)象，證明已同學(xué)觀點(diǎn)合理；
故答案為：2Fe（OH）₃

△   .

Fe₂O₃+3H₂O，將粉筆直接放到酒精燈火焰上灼燒，未發(fā)現(xiàn)粉筆變黑的現(xiàn)象；
（3）加熱盛有堿性氫氧化銅濁液試管時(shí)反應(yīng)生成甲酸鹽，氧化亞銅和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH₃CHO+2Cu（OH）₂+NaOH

△   .

CH₃COONa+Cu₂O↓+3H₂O；
故答案為：CH₃CHO+2Cu（OH）₂+NaOH

△   .

CH₃COONa+Cu₂O↓+3H₂O；
（4）取黑色粉末加入足量稀硫酸，微熱，全部溶解，未觀察到任何氣泡產(chǎn)生，說明無(wú)鐵單質(zhì)；
故答案為：鐵單質(zhì)；
（5）a．取黑色粉末加入足量稀硫酸，微熱，全部溶解，未觀察到任何氣泡產(chǎn)生，說明無(wú)鐵單質(zhì)；
b．取a步驟所得溶液少量，加入到酸性 KMnO₄溶液中，觀察到紫色褪去，說明含有亞鐵離子；
c．另取a步驟所得溶液少量，加入硫氰化鉀溶液，出現(xiàn)血紅色，說明含有鐵離子．
上述現(xiàn)象證明黑色固體含有鐵離子和亞鐵離子，說明可能是四氧化三鐵，或四氧化三鐵和氧化亞鐵混合物；
A．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 H₂ 充分還原，并用干燥劑收集所得水，獲得水的準(zhǔn)確質(zhì)量，計(jì)算得到氧元素質(zhì)量和鐵元素質(zhì)量，依據(jù)鐵元素和氧元素物質(zhì)的量之比確定化學(xué)式，能計(jì)算得到物質(zhì)組成，故A正確；
B．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，加熱蒸干溶液并在空氣中灼燒至質(zhì)量不變，稱量所得粉末質(zhì)量，得到氧化鐵質(zhì)量，依據(jù)鐵元素和氧元素守恒進(jìn)行計(jì)算鐵元素和氧元素物質(zhì)的量之比判斷氧化物化學(xué)式，能計(jì)算得到物質(zhì)組成，故B正確；
C．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，溶解于足量鹽酸，配成一定體積的溶液，設(shè)法測(cè)定其中 Fe³⁺ 濃度，計(jì)算鐵離子物質(zhì)的量，依據(jù)鐵元素和氧元素守恒，利用極值方法計(jì)算四氧化三鐵固體質(zhì)量，分析判斷可能是氧化亞鐵和四氧化三鐵化合物，或四氧化三鐵；
D．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，用 CO 充分還原，在CO氣流中冷卻后準(zhǔn)確稱量剩余固體的質(zhì)量，依據(jù)鐵元素和氧元素質(zhì)量守恒計(jì)算鐵元素和氧元素物質(zhì)的量之比分析判斷氧化物的存在形式，能計(jì)算得到物質(zhì)組成，故D正確；
E．準(zhǔn)確稱量一定質(zhì)量的黑色粉末，與一定質(zhì)量鋁粉混合后點(diǎn)燃，充分反應(yīng)后冷卻，準(zhǔn)確稱量剩余固體質(zhì)量，反應(yīng)前后都是固體反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變，不能計(jì)算，故E錯(cuò)誤；
故答案為：Fe₃O₄或Fe₃O₄與FeO的混合物，ABCD；
（6）假設(shè)鐵的氧化物用Fe_aO_b表示，酒精還原氧化鐵反應(yīng)生成Fe_aO_b，酒精被氧化為乙醛和水，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒配平書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式為：：（3a-2b）CH₃CH₂OH+aFe₂O₃

△   .

2Fe_aO_b+（3a-2b）CH₃CHO+（3a-2b）H₂O；
故答案為：（3a-2b）CH₃CH₂OH+aFe₂O₃

△   .

2Fe_aO_b+（3a-2b）CH₃CHO+（3a-2b）H₂O；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，反應(yīng)現(xiàn)象的理解應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)物質(zhì)性質(zhì)的分析應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．