Question

鐵黃是一種重要的顏料，化學式為Fe₂O₃·xH₂O，廣泛用于涂料、橡膠、塑料、文教用品等工業。實驗室模擬工業利用硫酸渣（含Fe₂O₃及少量的CaO、MgO等）和黃鐵礦粉（主要成分為FeS₂）制備鐵黃的流程如下：

（1）操作Ⅰ與操作Ⅱ中都用到玻璃棒，玻璃棒在兩種操作中的作用分別是         、           。
（2）試劑a最好選用      （供選擇使用的有：鋁粉、空氣、濃HNO₃）；其作用是                   。
（3）上述步驟中需用到氨氣。下列裝置可用于實驗室制氨氣的是              （填序號）。

（4）檢驗溶液Z中含有的方法是                              。
（5）查閱資料知，在不同溫度下Fe₂O₃被CO還原，產物可能為Fe₃O₄、FeO或Fe，固體質量與反應溫度的關系如下圖所示。

根據圖象推斷670℃時Fe₂O₃還原產物的化學式為              ，并設計一個簡單的實驗，證明該還原產物的成分（簡述實驗操作、現象和結論）。                                 。儀器自選。可供選擇的試劑：稀H₂SO₄、稀鹽酸、H₂O₂溶液、NaOH溶液、KSCN溶液。

Answer 1

（11分）（1）攪拌加速溶解（或攪拌加速反應）（1分）（只答攪拌也得分） 引流（1分）
（2）空氣（1分） 作氧化劑，將Fe²⁺氧化為Fe³⁺（1分）（答氧化劑、氧化Fe²⁺或將Fe²⁺轉化為Fe³⁺也得分）   
（3）bd（2分）
（4）取少量溶液Z置于試管中，滴加過量濃NaOH溶液并微熱，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口，試紙變藍色，證明含有NH₄^＋。（2分）（三個要點：濃NaOH溶液、濕潤的紅色石蕊試紙、變藍。缺一個要點扣1分）
（5）FeO（1分）取少量還原產物置于試管中，加入過量稀硫酸（或稀鹽酸），固體完全溶解且無氣泡產生；再向其中滴加KSCN溶液，溶液不變色；最后滴加H₂O₂溶液，溶液變紅色，證明還原產物為FeO。（2分）（要點：三組操作與現象、最終結論，少一個扣1分）

解析試題分析：（1）操作Ⅰ是物質的溶解，操作Ⅱ是過濾，都需要用到玻璃棒，玻璃棒在兩種操作中的作用分別是，操作Ⅰ是利用玻璃棒加速硫酸渣的溶解，操作Ⅱ中玻璃棒是起到引流作用。
（2）依據流程分析，溶液Y中含有亞鐵離子，需要將其氧化成鐵離子，因此試劑a主要是用來氧化亞鐵離子的。但選擇氧化劑不能引入新的雜質，鋁粉引入新的雜質，濃硝酸做氧化劑會產生污染氣體，最好選擇空氣做氧化劑氧化亞鐵離子，不會引入新的雜質，不污染環境。
（3）a、加熱氯化銨分解后生成氨氣和氯化氫會在試管口重新生成氯化銨；不能制的氨氣，故a不能；
b、氨水滴入氧化鈣固體，氧化鈣會和水反應生成氫氧化鈣放熱，使一水合氨分解生成氨氣；故b符合；
c、氫氧化鈣和氯化銨固體加熱時需要試管口略向下傾斜，裝置中加熱會使生成的水倒流到試管底部炸裂試管；故c不選；
d、加熱濃氨水會分解生成氨氣，可以制取氨氣；故d符合，因此答案為bd。
（4）NH₄⁺能和強堿反應生成氨氣，氨氣能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，通過檢驗氨氣的方法來檢驗NH₄⁺，所以檢驗溶液Z中含NH₄⁺的實驗方法是：取少量溶液Z置于試管中，滴加過量濃NaOH溶液并微熱，將濕潤的紅色石蕊試紙靠近試管口，試紙變藍色，證明含有NH₄⁺。
（5）根據圖像可知，加熱前氧化鐵的物質的量是48g÷160g/mol＝0.3mol。加熱到670℃時固體質量變為43.2g，即固體質量減少48g－43.2g＝4.8g，減少的質量即為氧原子的質量，所以減少的氧原子質量是4.8g÷16g/mol＝0.3mol，則根據原子守恒可知，反應后鐵原子和氧原子的個數之比是（0.3mol×2）:（0.3mol×3－0.3mol）＝1:1，所以該固體的化學式是FeO。要檢驗還原產物，可以通過檢驗亞鐵離子和鐵離子的方法來驗證，另外還需要排除單質鐵，所以正確的操作是取少量還原產物置于試管中，加入過量稀硫酸（或稀鹽酸），固體完全溶解且無氣泡產生；再向其中滴加KSCN溶液，溶液不變色；最后滴加H₂O₂溶液，溶液變紅色，證明還原產物為FeO。
考點：考查玻璃棒的作用、試劑的選擇、氨氣的制備和NH₄⁺的檢驗、氧化鐵與CO反應生成物的判斷和計算、亞鐵離子和鐵離子的檢驗等