Question

2．三草酸合鐵酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于攝影和藍色印刷．某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解，對所得氣體產物和固體產物進行實驗和探究．該小組同學查閱資料知，固體產物中鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K₂CO₃，產生的氣體中含有CO、CO₂．
請利用實驗室常用儀器、用品和以下限選試劑完成驗證和探究過程．
限選試劑：①蒸餾水②3%H₂O₂溶液③氧化銅④1.0mol/L鹽酸⑤濃硫酸⑥1.0mol/LNaOH溶液⑦澄清石灰水⑧0.5mol/LCuSO₄溶液⑨2%KSCN溶液⑩苯酚溶液
I．若用一套連續實驗裝置檢驗氣體產物中CO的存在，并驗證檢驗過程中有CO₂生成，應選用的試劑為（按先后順序把所選試劑的標號填入空格內）⑦⑥⑤③⑦．
Ⅱ．探究固體產物中鐵元素的存在形式．
（1）提出合理假設
假設1：只有Fe；
假設2：只有FeO；
假設3：含有FeO和Fe
（2）設計實驗方案并實驗驗證
步驟1：取適量固體產物于試管中，加入足量蒸餾水溶解，過濾分離出不溶固體．
步驟2：取少量上述不溶固體放人試管中，加入足量CuSO₄溶液溶液，充分振蕩．若固體無明顯變化，則假設2成立；若有暗紅色固體生成，則反應的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Fe²⁺+Cu．
步驟3：取步驟2所得暗紅色固體于試管中，滴加過量HCl，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設1成立；若溶液呈淺綠色，則假設3成立．
（3）問題討論
若固體產物中FeO含量較少，用步驟3方法難以確定．請你設計實驗方案證明假設3成立（寫出實驗的操作步驟、現象與結論）：取步驟3靜置后的上層清液，滴加幾滴KSCN溶液無紅色出現，再滴加1-2滴H₂O₂溶液，充分振蕩若溶液變紅，則證明假設3成立
Ⅲ．拓展與延伸
有資料介紹“在含Fe²⁺的溶液中，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，溶液呈紅色；若再滴加過量氯水，卻發現紅色褪去”．假設溶液中的+3價鐵還能被氯水氧化為更高價的FeO₄^2-”，試寫出該反應的離子方程式2Fe³⁺+3C1₂+8H₂O=2FeO₄^2-+6Cl^-+16H⁺．

Answer 1

分析 I．CO、CO₂的檢驗該為先檢驗CO₂，將CO₂除盡，凈化（干燥），檢驗CO（用CuO，變紅），在檢驗有CO₂生成（CO的氧化產物），檢驗產生的氣體中產生的氣體中含有CO、CO₂，應該先通過澄清石灰水檢驗二氧化碳，然后通過還原氧化銅檢驗一氧化碳，據此選出試劑并進行排序；
將氣體產物依次通過⑦澄淸石灰水、⑥1.0 mol•L^-1 NaOH溶液、⑤濃硫酸、③氧化銅、⑦澄淸石灰水，觀察到澄清石灰水都變渾濁，③中有紅色固體生成；
Ⅱ．（1）首先鐵不以三價鐵形式存在，故考慮范圍為二價鐵的存在形式，出鐵單質，氧化亞鐵以為，還有可能就二者的混合物；
（2）由暗紅色固體生成，可以確定為Cu，故使用的試劑為CuSO₄，然后再暗紅色固體（Cu、FeO）中加鹽酸，溶液呈無色，說明沒有Fe²⁺（淺綠色），故沒有FeO，從而得出結論．
（3）二價鐵也氧化為三價鐵用KSCN進行檢驗，該方法比較靈敏
Ⅲ．該反應中告知反應物為Fe³⁺、Cl₂，產物為FeO₄^2-，然后通過氧化還原缺項配平的方法對該反應進行配平，從而得到答案．

解答 解：Ⅰ．將氣體產物依次通過⑦澄淸石灰水，石灰水變渾濁，證明產物中有 二氧化碳，然后通過⑥1.0 mol•L^-1 NaOH溶液除去二氧化碳，再用⑤濃硫酸干燥氣體，將干燥的氣體通入灼熱的③氧化銅，試管中有紅色物質生成，同時生成了能夠使⑦澄淸石灰水變渾濁的氣體，證明原氧氣中有一氧化碳，所以加入試劑的順序為：⑦⑥⑤③⑦，
故答案為：⑦⑥⑤③⑦；
Ⅱ．（1）根據題意“固體產物中，鐵元素不可能以三價形式存在”，所以存在的可能是零價鐵或亞鐵，可能情況有三種：只有Fe；只有FeO；含有Fe和FeO，
故答案為：含有Fe和FeO；
（2）步驟2．金屬鐵不溶于水中，但是可以和硫酸銅發生置換反應，生成金屬銅和硫酸亞鐵，所以取少置上述不溶固體放入試管中，加入足量CuSO₄溶液，若藍色溶液顏色及加入的不溶固體無明顯變化，則假設2成立；若藍色溶液顏色明顯改變，且有暗紅色固體生成，則證明有鐵單質存在，發生反應的離子方程式為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，
步驟3．氧化亞鐵不溶于水，可以和鹽酸反應生成氯化冶鐵和水，可以檢驗亞鐵離子的存在進而確定氧化亞鐵的存在，方法為：取取步驟2所得暗紅色固體于試管中，滴加過量HCl，靜置，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設1成立；若溶液呈淺綠色，則證明假設3成立，
故答案為：CuSO₄；2；Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；HCl；1；淺綠色；
（3）可以所以硫酸氫鉀溶液和雙氧水檢驗步驟3中是否存在亞鐵離子，方法為：取步驟3靜置后的上層溶液，滴加幾滴硫氰化鉀溶液無紅色出現，再滴加1-2滴雙氧水，充分振蕩，若溶液變紅，則證明假設3成立，
故答案為：取步驟3靜置后的上層溶液，滴加幾滴硫氰化鉀溶液無紅色出現，再滴加1-2滴雙氧水，充分振蕩，若溶液變紅，則證明假設3成立；
Ⅲ．根據信息可知，鐵離子被氯氣氧化成FeO₄^2-，根據化合價升降相等配平，配平后的離子方程式為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-，
故答案為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

點評 本題考查學生對元素及其化合物性質的掌握、對物質進行檢驗的實驗技能，題目難度較大，有利于提高學生運用相關知識對實驗提出假設及設計方案的能力．