Question

由Fe₂O₃、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末,取样品进行下列实验(部分产物略去):

(1)取少量溶液X,加入过量的NaOH溶液,有沉淀生成。取上层清液,通入CO₂,无明显变化,说明样品中不含有的物质是(填写化学式)                                     。

(2)Z为一种或两种气体:

①若Z只为一种气体,试剂a为饱和NaHCO₃溶液,则反应Ⅰ中能同时生成两种气体的化学方程式是                                                 。

②若Z为两种气体的混合物,试剂a为适量水,则Z中两种气体的化学式是        。

(3)向Y中通入过量氯气,并不断搅拌,充分反应后,溶液中的阳离子是(填写离子符号)                  。

(4)取Y中的溶液,调pH约为7,加入淀粉KI溶液和H₂O₂,溶液呈现蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I^-时,共转移3 mol电子,该反应的离子方程式是                                                           。

(5)另取原样品,加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生Y中的红色固体,则原样品中所有可能存在的物质组合是(各组合中的物质用化学式表示)                                                               。

Answer

(1)Al (2)①C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O ②NO、CO2 (3)Cu2+、Fe3+、H+ (4)2Fe2++3H2O2+4I-=2Fe(OH)3↓+2I2 (5)CuO、C或CuO、C、Fe2O3

【解析】解题的关键取决于浓酸化学式的判断,解答时可先假设再验证排除。样品加入某浓酸后能产生两种气体,由样品成分知,该酸不会是盐酸,若为盐酸只能产生H2,故浓酸为浓H2SO4或浓HNO3。

(1)溶液X加入过量NaOH溶液后,Fe3+或Cu2+等均转化为沉淀,若有Al,则转化为AlO2-,滤液中通入CO2时会有Al(OH)3沉淀生成,因无明显变化说明原混合物中无Al。

(2)若浓酸为浓H2SO4,生成的两种气体只能为SO2和CO2,若浓酸为浓HNO3,生成的两种气体为NO2和CO2,①当通入NaHCO3溶液时,Z只为一种气体,说明原气体为SO2和CO2,反应Ⅰ化学方程式为C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O。

②若通过水时,气体Z为两种气体,说明原气体为NO2和CO2,通过水时发生反应:3NO2+H2O=2HNO3+NO,所余两种气体为NO和CO2。

(3)由样品的成分,结合(1)中判断知,原混合物中无Al,加入过量铁粉后Y中的金属阳离子只有Fe2+,残留固体为过量的铁和被置换出的铜,当向其中通入过量Cl2并不断搅拌后,Fe2+、Fe均会被氧化为Fe3+,Cu被氧化为Cu2+,故溶液中存在的阳离子有Fe3+、Cu2+、H+。

(4)溶液呈蓝色说明有I2生成,若只氧化I-,消耗2 mol I-应转移电子2 mol,说明2 mol I-被氧化时仍有1 mol Fe2+被氧化,故反应中其物质的量之比n(I-)∶n(Fe2+)=2∶1,由此推知反应为4I-+2Fe2++3H2O2=2Fe(OH)3↓+2I2。

(5)若一定不产生Y中的红色固体,说明原混合粉末中不能含有Fe,否则单质铁可能会和Cu2+作用生成Cu单质,故原混合物可能为CuO、C或CuO、C、Fe2O3。