Question

（14分）铁是人类目前使用最多的金属，可以形成多种氧化物。某实验小组欲利用氢气还原法测定某铁的氧化物（Fe_xO_y）的组成，根据实验内容回答下列问题：

I．定性分析：氧化物中铁元素的价态

（1）取适量该氧化物溶于过量的           （填“稀硫酸”、“稀盐酸”或“稀硝酸”），取少量溶液分别装入两支洁净的试管甲、乙中。甲试管中加入高锰酸钾溶液，乙试管中加入硫氰化钾溶液，能证明该氧化物中同时含有Fe²⁺、Fe³⁺的现象是：                                  。

II．定量分析：氧化物的组成

（2）按各部分仪器在该实验中的作用分析：装置E中盛放的药品是    ，作用是    。

（3）实验装置用上面所列仪器组成，按氢气流向的连接顺序是（括号中填入接口字母）：

a→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）→（  ）

（4）实验前，将该铁的氧化物放在坩埚内低温烘焙，这样做的目的是：              ，若缺少此步骤，会导致x : y           （填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

（5）称取烘焙后样品3.04 g，与氢气充分反应后生成水0.9 g，则该样品的组成为：        。

Answer

（1）稀硫酸（1分）；甲试管中溶液紫色变浅或褪去，乙试管中溶液变红（2分）

（2）蒸馏水（或NaOH溶液）（1分）；除去H2中混有的HCl（1分）

（3）ihgfde（ed）bc（cb）j（3分）

（4）除去样品中的水蒸气，防止U形管产生额外的增重（2分）；偏小（2分）

（5）Fe4O5（或2FeO·Fe2O3）（2分）

【解析】

试题分析：（1）由于硝酸是氧化性酸，而盐酸又能被酸性高锰酸钾溶液氧化，所以该氧化物应该溶于过量的稀硫酸中。亚铁离子具有还原性，能使酸性高锰酸钾溶液褪色，则证明含有亚铁离子的实验现象是甲试管中溶液紫色变浅或褪去。铁离子与KSCN溶液反应溶液显红色，则证明含有铁离子的实验现象是乙试管中溶液变红。

（2）根据装置图可判断实验原理是利用氢气还原氧化物来测定其组成。由于盐酸易挥发，生成的氢气中含有氯化氢气体，因此需要除去氯化氢，且进入装置C的氢气必需是干燥的，同时还必需防止空气中的水蒸气和CO2影响实验，因此连接顺序为a ihgfde（ed）bc（cb）j，则装置E是用来除去氯化氢的，其中盛放的药品是蒸馏水（或NaOH溶液）。

（3）根据以上分析可知按氢气流向的连接顺序是a ihgfde（ed）bc（cb）j。

（4）由于样品中可能含有水蒸气，因此实验前，将该铁的氧化物放在坩埚内低温烘焙的目的是除去样品中的水蒸气，防止U形管产生额外的增重。若缺少此步骤，生成的水质量增加，即氧原子的个数会增加，从而会导致x : y偏小。

（5）称取烘焙后样品3.04 g，与氢气充分反应后生成水0.9 g，则样品中氧原子的物质的量水0.9g÷18g/mol＝0.05mol，质量是0.05mol×16g/mol＝0.8g，所以铁的质量是3.04g—0.8g＝2.24g，铁的物质的量是2.24g÷56g/mol＝0.04mol，即铁和氧的个数之比是0.04：0.05＝4：4，则该样品的组成为Fe4O5（或2FeO·Fe2O3）。

考点：考查铁氧化物组成的实验设计、探究及有关计算