Question

某红色固体粉末样品可能含有Fe₂O₃和Cu₂O中的一种或两种，某化学兴趣小组对其组成进行探究。完成下列空格。

①提出假设：

假设1：只存在Fe₂O₃；假设2：_________；假设3：既存在Fe₂O₃也存在Cu₂O。

②查找资料：Cu₂O在酸性溶液中会发生反应：Cu₂O+2H⁺=Cu+Cu²⁺+H₂O。

③实验方案设计与分析：

方案一：步骤一：取少量样品于烧杯中，加入过量浓硝酸，产生一种红棕色的气体。由此可得出假设____不成立，写出产生上述气体的化学方程式___________________。

步骤二：取少量步骤一溶液置于试管中滴加_______，振荡，若________，则说明假设3成立。

方案二：

取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，若固体全部溶解，说明假设＿不成立。

方案三：

同学们设计了如下实验方案测定该样品中Fe₂O₃的质量分数（装置气密性良好，假设样品完全反应）:

步骤一：取样品并称量该样品的质量为m₁；

步骤二：测出反应前广口瓶和瓶内物质总质量m₂；

步骤三：测出反应后广口瓶和瓶内物质总质量m₃；

步骤四：计算得出矿物样品中Fe₂O₃的质量分数。

讨论分析：该实验方案________（填“能”或“不能”）测出矿物中Fe₂O₃的质量分数。不改变装置和药品，通过计算得出矿物中Fe₂O₃的质量分数，你还可以通过测定_______。若测得m₁为3.04g，m₃=m₂＋1.76g，则原样品中Fe₂O₃的质量分数为_____（结果保留四位有效数字）。

Answer

只存在Cu2O 1Cu2O+6HNO3(浓)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O KSCN溶液 溶液显红色 2 能 测量反应后固体的质量或广口瓶中沉淀的质量。（其他合理答案也给分） 52.63%

【解析】试题分析：本题为化学实验探究题，为高考题的常见题型，题目难度较大。解答本题要结合题给信息和铁、铜及其化合物的性质作出预测、分析判断。

解答：①提出假设：根据题给信息：红色固体粉末样品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一种或两种和假设1和假设3知假设2为：只存在Cu2O。

③实验方案设计与分析：方案一：步骤一：样品与过量浓硝酸反应产生红棕色的NO2气体，硝酸发生了还原反应，Fe2O3中铁元素为+3价，只有氧化性，Cu2O中铜元素为+1价，既有氧化性又有还原性，则红色粉末中一定含有Cu2O，由此可得出假设1不成立，Cu2O与浓硝酸反应生成硝酸铜、二氧化氮和水，化学方程式为1Cu2O+6HNO3(浓)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O；若要证明假设3成立，则需要证明铁元素的存在，故步骤二为取少量步骤一溶液置于试管中滴加KSCN溶液，振荡，若溶液显红色，则说明假设3成立。

方案二：根据信息②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O知取少量样品于烧杯中，加入过量稀硫酸，若固体全部溶解，说明假设2不成立。

方案三：该实验方案的原理为Fe2O3 + 3CO2Fe+3CO2、Cu2O + CO2Cu+CO2，CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O，通过测定反应前混合物的质量，反应前后广口瓶和瓶内物质总质量的差值，确定二氧化碳的质量，列方程组求解，能测出矿物中Fe2O3的质量分数；也可通过测量反应后固体的质量或广口瓶中沉淀的质量，列方程组求解，确定矿物中Fe2O3的质量分数；若测得m1为3.04g，m3=m2＋1.76g，则生成CO2的质量为1.76g，物质的量为0.04mol，根据氧原子守恒知混合物中氧原子的物质的量为0.04mol。设混合物中Fe2O3的物质的量为x，Cu2O的物质的量为y，则有①160g/molx+144g/moly=3.04g（质量守恒），②3x+y=0.04mol（氧原子守恒），联立①②解得x=0.01mol，y=0.01mol，则混合物中Fe2O3的质量为1.60g，则原样品中Fe2O3的质量分数为1.60g/3.04g×100％=52.63%。