Question

某研究性學習小組為探究草酸亞鐵晶體的化學性質，進行了下列實驗．已知草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄?2H₂O）呈淺黃色，其中C元素的化合價為+3價．
（1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到有CO₂氣體生成．這說明草酸亞鐵晶體具有

 

（填“氧化性”、“還原性”或“堿性”）．若此反應中消耗2molFeC₂O₄?2H₂O，則參加反應的KMnO4為

 

mol．
（2）查閱資料表明：草酸亞鐵晶體在密閉容器中加熱到一定溫度時完全分解，生成幾種氧化物，殘留物為黑色固體．請你根據課本上介紹的鐵的氧化物的物理性質，對黑色固體的組成提出如下假設，完成假設二和假設三：
假設一：全部是FeO  假設二

 

：假設三

 

：
（3）為驗證上述假設一是否成立，課題組進行如下研究．
【定性研究】請你完成下表中內容．

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	預期實驗現象和結論
取少量黑色固體，

【定量研究】資料表明FeC₂O₄?2H₂O受熱分解時，固體質量隨溫度變化的曲線如下圖所示．請你寫出加熱到400℃時，FeC₂O₄?2H₂O晶體受熱分解（生成幾種氧化物）的化學方程式為：

 

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到CO₂生成．說明草酸亞鐵被氧化為鐵離子、二氧化碳氣體，草酸亞鐵具有還原性，依據電子守恒計算得到消耗的高錳酸鉀物質的量；
（2）草酸亞鐵晶體可完全分解，生成幾種氧化物，殘留物為黑色固體可能為氧化亞鐵或四氧化三鐵，分析判斷；
（3）氧化亞鐵溶解于鹽酸生成氯化亞鐵溶液，加入KSCN溶液，若溶液不變紅證明假設一正確；
定量實驗：根據圖中提供的信息，通過計算可以判斷反應的化學方程式和物質的化學式．

解答： 解：（1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到CO₂生成．說明草酸亞鐵被氧化為鐵離子、二氧化碳氣體，草酸亞鐵具有還原性，依據電子守恒計算得到消耗的高錳酸鉀物質的量，依據氧化還原反應電子守恒原子守恒配平書寫離子方程式為：
5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+3Mn²⁺+5CO₂↑+12H₂O，消耗2mol FeC₂O₄?2H₂O，則參加反應的KMnO₄為1.2mol；
故答案為：還原性；1.2；
（2）假設一：全部是氧化亞鐵；假設二：全部是四氧化三鐵；假設三：氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物，
故答案為：全部是四氧化三鐵；氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物；
（3）[定性研究]實驗步聚：取少量黑色固體，加入適量的稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液．現象與結論：若溶液不變紅，則假設一成立，若溶液變紅，則假設一不成立；
故答案為：取少量黑色固體，加入適量的稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，若溶液不變紅，則假設一成立，若溶液變紅，則假設一不成立；
[定量研究]通過剩余固體的質量可知，過程Ⅰ發生的反應是：草酸亞鐵晶體受熱失去結晶水，設失去結晶水x，圖象分析可知固體質量變化1.0-0.8=0.2g，依據則反應的化學方程式計算為：
FeC₂O₄?2H₂O

△   .

FeC₂O₄?（2-x）H₂O+xH₂O△m
 180                                 18x
 1.0                                 0.2
x=2
加熱到300°C，晶體全部失去結晶水生成草酸亞鐵和水，
繼續加熱到400°C，固體質量減少0.8g-0.4g=0.4g；此時草酸亞鐵分解減少的是氣體質量，反應過程中一定存在反應生成氧化亞鐵和二氧化碳，鐵元素化合價不變時，依據元素化合價變化和電子守恒可知碳元素化合價從+3價變化為+4價，一定有化合價降低生成+2價的一氧化碳，反應的化學方程式FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂，
FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ △m
  144                72     
   0.8               0.4
計算結果符合圖象固體質量變化，所以反應的化學方程式為FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ ，
故答案為：FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ ．

點評：本題考查了鐵及其化合物性質的實驗驗證和實驗分析判斷，定量計算，圖象分析是解題關鍵，題目難度較大．