Question

某催化劑為鐵的氧化物，一化學興趣小組在實驗室里對該催化劑中鐵元素的價態進行探究：查閱有關資料得知Fe²⁺能被酸性KMnO₄溶液氧化而使酸性KMnO₄溶液褪色；HNO₃具有強氧化性．請完成對鐵元素價態的探究：
①提出合理假設．
假設1：催化劑中鐵元素為+3價；假設2：催化劑中鐵元素為+2價；
（1）假設3：______．
②設計實驗方案．③根據②的實驗方案進行實驗：
（2）步驟1：取一定量的稀硫酸于試管中，加熱煮沸數分鐘，目的是______；
步驟2：取少量樣品于試管中，加入處理過的硫酸并加熱，得到A溶液；
（3）步驟3：取A溶液于試管，滴加KSCN溶液，振蕩，若不出現血紅色，則假設______成立；若出現血紅色，則假設______成立；
（4）步驟4：另取A溶液于試管，加入KMnO₄溶液，振蕩，結合步驟3中的結論，若出現______現象，則假設1成立；反之，則假設3成立．
（5）某同學將步驟2中的稀硫酸改成稀硝酸得到了A溶液，向A溶液中滴加KSCN溶液后出現血紅色，由此得出該催化劑中鐵元素為+3價的結論，該結論是否合理？______（填“是”或“否”），理由是______．

Answer 1

解：（1）鐵的氧化物中鐵的存在價態有+2、+3價，所以，催化劑中鐵元素的價態有三種情況：價態全部為+3價；價態全部為+2價；價態為+3價、+2價，
故答案為：催化劑中鐵元素的價態為+3價、+2價；
（2）稀硫酸溶液中溶解氧氣，氧氣可以氧化亞鐵離子，用硫酸溶解氧化物應除去溶解的氧氣，防止氧化亞鐵離子，故煮沸硫酸的目的是：除去硫酸中溶解的氧氣，
故答案為：除去硫酸中溶解的氧氣；
（3）Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，取A溶液于試管，滴加KSCN溶液，若溶液無明顯變化，則說明催化劑中鐵元素的價態不含+3價，假設2成立；
若溶液變為血紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態含+3價，假設1或3成立，
故答案為：2；1或3；
（4）若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價態含+2價；若不褪色，則說明催化劑中鐵元素的價態不含+2價，
故答案為：高錳酸鉀溶液紫色不褪去；
（5）硝酸具有強氧化性，加入硝酸會將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，不能得出該催化劑中鐵元素為+3價，
故答案為：否；加入硝酸會將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
分析：（1）根據鐵的氧化物中鐵的存在價態解答；
（2）稀硫酸溶液中溶解氧氣，氧氣可以氧化亞鐵離子，用硫酸溶解氧化物應除去溶解的氧氣；
（3）Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，Fe²⁺遇KSCN溶液不顯色，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵，根據顏色變化判斷是否含有+3價的鐵；
（4）+2價鐵具有還原性，易被氧化，使KMnO₄溶液的紫紅色褪去，根據顏色變化判斷是否含有+2價的鐵，結合（3）中實驗現象判斷；
（5）硝酸具有強氧化性，加入硝酸會將Fe²⁺氧化成Fe³⁺．
點評：以鐵及其化合物為載體，綜合考查學生的實驗能力、分析問題能力、和解決問題能力，難度中等，熟練掌握鐵元素化合物性質．