Question

【題目】探究鐵在某濃度H3PO4和H2O2的混合溶液中反應的情況，進行如下實驗：

實驗	操作	現象
Ⅰ	將除去氧化膜的鐵釘置于燒杯中，加入30mL1.0molL-1H3PO4和3mL30%H2O2的混合溶液(pH≈1)。	一段時間后鐵釘表面突然產生大量氣泡，隨后停止產生氣泡；一段時間后再產生大量氣泡，再停止，出現周而往復的現象。過程中，溶液保持澄清。
Ⅱ	將與實驗Ⅰ相同的鐵釘放入燒杯中，加入30mL1.0molL-1H3PO4和3mLH2O。	片刻后鐵釘表面持續產生氣泡，溶液保持澄清。

已知：Fe3(PO4)2難溶于水，Fe(H2PO4)2溶于水。

(1)用85%H3PO4配制100mL1.0mol·L-1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、______。

(2)請結合實驗Ⅱ中現象，分析鐵釘與H3PO4反應的產物_______。

(3)探究實驗Ⅰ中停止產生氣泡的原因。

提出假設：鐵釘表面形成了含有+3價鐵的氧化膜將鐵釘覆蓋。甲同學進行實驗Ⅲ，得出假設成立的結論。

實驗Ⅲ：將洗凈的實驗Ⅰ中無氣泡產生時的鐵釘置于試管中，加入滴有KSCN溶液的稀H2SO4，振蕩，靜置，溶液呈紅色。

乙同學認為實驗Ⅲ無法證實假設成立，其理由是未排除O2的干擾，請解釋O2是如何干擾實驗的：_____。

乙同學通過改進實驗證實了假設成立。

(4)鐵釘表面突然產生大量氣泡的可能原因是Fe2+迅速被H2O2氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的H2脫離鐵釘表面。形成氧化膜(以Fe3O4計)的離子方程式是____。

(5)實驗Ⅰ中周而往復的現象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關，從反應的速率角度分析其原因：______。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶 Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑ 氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，發生反應4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 3Fe2++H2O2+2H2O=Fe3O4+6H+ 鐵與磷酸反應生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣

【解析】

題目是進行探究性實驗，在實驗Ⅰ中，鐵釘表面產生氣泡，是因為鐵與H3PO4反應生成氫氣，因為溶液保持澄清，根據信息可知還生成了溶于水的Fe(H2PO4)2，一段時間后再產生大量氣泡，再停止，出現周而往復的現象，與實驗Ⅱ對比可知是H2O2發生了作用，結合題目信息可知雙氧水可將亞鐵離子氧化成鐵離子形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣。

(1)配制100mL1.0mol·L-1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、100mL容量瓶；

(2)在實驗Ⅰ中，鐵釘表面產生氣泡，是因為鐵與H3PO4反應生成氫氣，因為溶液保持澄清，根據信息可知還生成了Fe(H2PO4)2，化學方程式為Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑；

(3)氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，發生反應4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，故實驗Ⅲ無法證實假設成立；

(4)亞鐵離子被H2O2溶液形成氧化為Fe3O4，根據電子守恒和元素守恒可得離子方程式為：3Fe2++H2O2+2H2O=Fe3O4+6H+；

(5)根據分析可知原因為：鐵與磷酸反應生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣，