Question

【題目】某紅色固體粉末樣品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一種或兩種，某化學興趣小組對其組成進行探究。完成下列空格。

①提出假設：

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

②查找資料：Cu2O在酸性溶液中會發生反應：Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O。

③實驗方案設計與分析：

方案一：步驟一：取少量樣品于燒杯中，加入過量濃硝酸，產生一種紅棕色的氣體。由此可得出假設____不成立，寫出產生上述氣體的化學方程式___________________。

步驟二：取少量步驟一溶液置于試管中滴加_______，振蕩，若________，則說明假設3成立。

方案二：

取少量樣品于燒杯中，加入過量稀硫酸，若固體全部溶解，說明假設＿不成立。

方案三：

同學們設計了如下實驗方案測定該樣品中Fe2O3的質量分數（裝置氣密性良好，假設樣品完全反應）:

步驟一：取樣品并稱量該樣品的質量為m1；

步驟二：測出反應前廣口瓶和瓶內物質總質量m2；

步驟三：測出反應后廣口瓶和瓶內物質總質量m3；

步驟四：計算得出礦物樣品中Fe2O3的質量分數。

討論分析：該實驗方案________（填“能”或“不能”）測出礦物中Fe2O3的質量分數。不改變裝置和藥品，通過計算得出礦物中Fe2O3的質量分數，你還可以通過測定_______。若測得m1為3.04g，m3=m2＋1.76g，則原樣品中Fe2O3的質量分數為_____（結果保留四位有效數字）。

Answer 1

【答案】 只存在Cu2O 1Cu2O+6HNO3(濃)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O KSCN溶液 溶液顯紅色 2 能 測量反應后固體的質量或廣口瓶中沉淀的質量。（其他合理答案也給分） 52.63%

【解析】試題分析：本題為化學實驗探究題，為高考題的常見題型，題目難度較大。解答本題要結合題給信息和鐵、銅及其化合物的性質作出預測、分析判斷。

解答：①提出假設：根據題給信息：紅色固體粉末樣品可能含有Fe2O3和Cu2O中的一種或兩種和假設1和假設3知假設2為：只存在Cu2O。

③實驗方案設計與分析：方案一：步驟一：樣品與過量濃硝酸反應產生紅棕色的NO2氣體，硝酸發生了還原反應，Fe2O3中鐵元素為+3價，只有氧化性，Cu2O中銅元素為+1價，既有氧化性又有還原性，則紅色粉末中一定含有Cu2O，由此可得出假設1不成立，Cu2O與濃硝酸反應生成硝酸銅、二氧化氮和水，化學方程式為1Cu2O+6HNO3(濃)=2Cu(NO3)2+2NO2↑+3H2O；若要證明假設3成立，則需要證明鐵元素的存在，故步驟二為取少量步驟一溶液置于試管中滴加KSCN溶液，振蕩，若溶液顯紅色，則說明假設3成立。

方案二：根據信息②Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O知取少量樣品于燒杯中，加入過量稀硫酸，若固體全部溶解，說明假設2不成立。

方案三：該實驗方案的原理為Fe2O3 + 3CO2Fe+3CO2、Cu2O + CO2Cu+CO2，CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O，通過測定反應前混合物的質量，反應前后廣口瓶和瓶內物質總質量的差值，確定二氧化碳的質量，列方程組求解，能測出礦物中Fe2O3的質量分數；也可通過測量反應后固體的質量或廣口瓶中沉淀的質量，列方程組求解，確定礦物中Fe2O3的質量分數；若測得m1為3.04g，m3=m2＋1.76g，則生成CO2的質量為1.76g，物質的量為0.04mol，根據氧原子守恒知混合物中氧原子的物質的量為0.04mol。設混合物中Fe2O3的物質的量為x，Cu2O的物質的量為y，則有①160g/molx+144g/moly=3.04g（質量守恒），②3x+y=0.04mol（氧原子守恒），聯立①②解得x=0.01mol，y=0.01mol，則混合物中Fe2O3的質量為1.60g，則原樣品中Fe2O3的質量分數為1.60g/3.04g×100％=52.63%。