Question

某種催化劑為鐵的氧化物．化學興趣小組在實驗室對該催化劑中鐵元素的價態進行探究：將適量稀硝酸加入少許樣品中，加熱溶解；取少許溶液，滴加KSCN溶液后出現紅色．一位同學由此得出該催化劑中鐵元素價態為+3的結論．
（1）請指出該結論是否合理并說明理由______
（2）請完成對鐵元素價態的探究：
限選實驗儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾：3mol?L^-1H₂SO₄/
3% H₂O₂、6mol?L^-1HNO₃/0.01mol?L^-1KMnO₄、NaOH稀溶液、0.1mol?L^-1KI、20% KSCN、蒸餾水．
①提出合理假設
假設1：______；
假設2：______；
假設3：______．
②設計實驗方案證明你的假設（不要在答題卡上作答）
③實驗過程：根據②的實驗方案，進行實驗．請在答題卡上按下表格式寫出實驗操作步驟、預期現象與結論．

實驗操作	預期現象與結論
步驟1：
步驟2：
步驟3：
…

Answer 1

解析：（1）稀HNO₃有強氧化性，若該鐵的價態為+2價，則被氧化為+3價同樣可使KSCN溶液變血紅色，故該結論不正確．
故答案為：結論不正確．稀HNO₃有強氧化性，若該鐵的價態為+2價，則被氧化為+3價同樣可使KSCN溶液變血紅色．
（2）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：假設1：催化劑中鐵元素的價態全部為+3價．
假設2：催化劑中鐵元素的價態全部為+2價．
假設3：催化劑中鐵元素的價態為+3價、+2價．
②設計實驗方法證明你的假設
③、為探究鐵元素的價態，先將鐵的氧化物用酸溶解，
+2價鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗，
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，則假設1成立．
Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵，結合上述若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液．
若溶液變為血紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態含+3價，則假設3成立．
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，只含+2價，則假設2成立
故答案為：實驗過程

實驗操作	預期現象與結論
步驟1：用滴管取一定量的3mol?L-1H2SO4與試管中，加熱煮沸數分鐘，除去溶解其中的氧．
步驟2：取少許樣品于試管中，用滴管將適量 稀H2SO4加入，加熱溶解．	固體溶解，溶液顏色有變化．
步驟3：取步驟2中配制的少量溶液，滴加酸性 KMnO4溶液，振蕩．	①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． ②若不褪色，則說明催化劑中鐵元素的價態不含+2價，則假設1成立．
步驟4：另取步驟2中配制的少量溶液，滴加 KSCN溶液，振蕩．	結合步驟3中的① ①若溶液變為血紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態含+3價，則假設3成立． ②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，只含+2價，則假設2成立

分析：（1）稀HNO₃有強氧化性，可將+2價鐵，氧化為+3價的鐵；
（2）①根據鐵的氧化物中鐵的存在價態解答；
③根據的Fe²⁺和Fe³⁺性質及檢驗解答．
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，難度較大，熟練掌握鐵三角