Question

Fe₃O₄是一种黑色粉末，又称磁性氧化铁，它的组成可写成FeO·Fe₂O₃。某化学实验小组通过实验来探究一黑色粉末是否由Fe₃O₄、CuO组成(不含有其它黑色物质)。探究过程如下：

Ⅰ．提出假设： 假设1．黑色粉末是CuO；假设2．黑色粉末是Fe₃O₄;

假设3．黑色粉未是CuO和Fe₃O₄的混合物

Ⅱ．设计探究实验：

方案一：取少量粉末加入足量稀硝酸，若假设2或假设3成立则实验现象是___________，相关反应的离子方程式为__________________________________。

方案二： 查阅资料： Cu²⁺与足量氨水反应生成深蓝色溶液，Cu²⁺+4NH₃·H₂O=Cu(NH₃)₄²⁺+4H₂O。为探究是假设2还是假设3成立，另取少量粉末加稀硫酸充分溶解后，再加入足量氨水，若产生___________现象，则假设2成立；若产生___________现象，则假设3成立。

方案三：

学生丙利用下图所示装置进行实验，称量反应前后装置C中样品的质量，以确定样品的组成。回答下列问题：

(1)下列实验步骤的先后顺序是___________(填序号)。

①打开止水夹；②关闭止水夹；③点燃C处的酒精喷灯；

④熄灭C处的酒精喷灯       ⑤收集氢气并验纯。

在点燃C处酒精喷灯前要进行的必要操作是__________________________。

(2)假设样品全部参加反应，若实验前样品的质量为4.7克，实验后称得装置C中固体的质量3.6克则假设___________(填“1”“2”或“3”) 正确。

Answer

固体溶解，产生无色气体，并在试管上方变为红棕色 3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O 只有红褐色沉淀 红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色 ①⑤③④② 检验装置中氢气的纯度 3

【解析】

I．依据物质的颜色结合假设1和假设2解答；

Ⅱ．方案一：取少量粉末加入足量稀硝酸，若假设2或假设3成立，是四氧化三铁和稀硝酸发生氧化还原反应，则实验现象是生成无色气体，上升过程中变化为红棕色气体；

方案二：如果假设2成立，则加入硫酸后得到的溶液中含有三价铁离子，加入氨水后生成氢氧化铁红褐色沉淀；如果假设3成立则加入硫酸后溶液中既含有三价铁离子还含有铜离子，加入足量氨水反应生成氢氧化铁红褐色沉淀；铜离子与氨水发生反应Cu2++4NH3•H2O═Cu（NH3）42++4H2O，盐酸变为深蓝色。

方案三：（1）依据装置图和实验目的分析判断，实验过程中，应先反应生成氢气，验纯后加热C处，反应后先熄灭C处酒精灯等到C处冷却后再停止通氢气，防止生成物被空气中的氧气氧化；

（2）依据极值方法分析计算反应前后固体质量变化分析判断。

方案一：如果假设2成立，则加入硝酸后得到的溶液中含有三价铁离子，溶液为黄色，且在试管口处有红棕色气体产生。如果假设3成立，则加入硝酸后得到的溶液中含有三价铁离子和二价铜离子，溶液显蓝色，试管口处有红棕色气体产生。相关反应的离子方程式为3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O；

答案：固体溶解，产生无色气体，并在试管上方变为红棕色; 3Fe3O4+28H++NO3- = 9Fe3++NO+14H2O；

方案二：如果假设2成立，则加入稀硫酸后得到的溶液中含有三价铁离子，加入氨水后生成氢氧化铁红褐色沉淀；如果假设3成立则加入硫酸后溶液中既含有三价铁离子还含有铜离子，加入足量氨水反应生成氢氧化铁红褐色沉淀；铜离子与氨水发生反应Cu2++4NH3•H2O═Cu（NH3）42++4H2O，溶液变为深蓝色；

故答案为红褐色沉淀；红褐色沉淀，同时溶液呈深蓝色；

方案三：

（1）氢气混有空气加热发生爆炸，所以开始先通氢气，打开止水夹生成氢气，通过后续装置充满氢气，目的是排出装置中的空气，检验最后U型管出来的气体氢气纯度，气体纯净后再点燃C处的酒精喷灯，反应完成后先撤酒精灯，玻璃管冷却再停氢气，操作位熄灭C处的酒精喷灯，待C处冷却至室温后，关闭止水夹，防止生成的铜被空气中氧气氧化，所以其排列顺序是①⑤③④②；故答案为①⑤③④②；检验装置中氢气的纯度；

（2）CuO和Fe3O4都能被H2氧化生成相应的金属和水，所以减少的质量为氧元素的质量为1.1g。如果全部是氧化铜，其质量应该为1.1g80/16=5.5g>4.7g; 如果全部是Fe3O4，其质量应该为1.1g232/64=4.0g<4.7g,所以假设3成立；

答案:3。