Question

5．某小組同學利用鋁和氧化鐵發生鋁熱反應后得到的固體進行如下實驗．
（1）鋁和氧化鐵反應的化學方程式是2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（2）固體成分的初步確定．

實驗序號	操作及現象
ⅰ	取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，產生無色氣體（經檢驗為H2），溶液呈淺黃色
ⅱ	向ⅰ中所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H2O2溶液至過量，產生無色氣體（經檢驗為O2），溶液變為深紅色，且紅色很快褪去

①由上述實驗可知：溶液中Fe元素的存在形式有Fe²⁺、Fe³⁺．
②ⅰ中產生H₂的原因是樣品中除含Fe外，可能有未反應的Al，為檢驗樣品中是否含Al單質，設計了相關實驗，依據的原理是（用離子方程式表示）2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
③生成O₂的化學方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
進一步的實驗表明，上述固體樣品中Fe元素的存在形式有：Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄．
（3）該小組同學對ⅱ中溶液紅色褪去的原因做進一步探究．

實驗序號	操作、現象
ⅲ	將ⅱ中剩余溶液均分為兩份，一份滴加NaOH溶液，產生紅褐色沉淀； 另一份滴加BaCl2溶液，產生白色沉淀，加入鹽酸，沉淀不溶解
ⅳ	取2mL 0.1mol/L FeCl3溶液，滴入KSCN溶液，溶液變為紅色，通入一段時間O2， 無明顯變化．再加入H2O2溶液，紅色很快褪去

提示：KSCN中S元素的化合價為-2價
①實驗ⅲ中白色沉淀的化學式是BaSO₄．
②結合實驗ⅲ和ⅳ分析，實驗ⅱ中紅色褪去的原因是溶液中SCN^-離子被H₂O₂氧化，溶液紅色褪去．
③查閱資料得知：Cl^-對溶液紅色褪去的反應有催化作用，驗證該說法應補充的實驗和現象是分別取2mL0.1mol/LFeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變為紅色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，FeCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色）．

Answer 1

分析 （1）Al在高溫下與氧化鐵反應生成鐵和氧化鋁，據此寫出反應的化學方程式；
（2）①向溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，說明溶液中含有Fe³⁺；溶液變為深紅色，說明溶液加入過量雙氧水后溶液中鐵離子濃度增大，則原溶液中含有Fe²⁺；
②利用金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應為鐵不反應檢驗，Al與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣；
③雙氧水在催化劑存在條件下能夠分解生成水和氧氣；
（3）實驗ⅱ中溶液紅色褪去的原因必然是Fe³⁺或SCN^-被消耗所致，實驗ⅲ首先驗證實驗ⅱ剩余的溶液中存在鐵離子，然后證明溶液中存在硫酸根離子，從而證明SCN^-被氧化；實驗ⅳ證明氧化SCN^-的是雙氧水，而不是氧氣，據此進行解答①②．
③證明Cl^-對溶液紅色褪去的反應有催化作用，可以將氯化鐵溶液改成硫酸鐵，然后重復實驗，根據溶液褪色情況判斷．

解答 解：（1）Al與氧化鐵在高溫下發生鋁熱反應生成氧化鋁和鐵，反應的化學方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（2）①向ⅰ中所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，說明溶液中含有Fe³⁺，再加入H₂O₂溶液至過量，產生無色氣體（經檢驗為O₂），溶液變為深紅色，說明溶液加入雙氧水后溶液中鐵離子濃度增大，則原溶液中含有Fe²⁺，
故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；
②金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應的化學方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，改寫成離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，而鐵不與氫氧化鈉溶液反應，據此可以檢驗是否含有Al，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
③雙氧水在鐵離子作催化劑條件下分解生成水和氧氣，反應的化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）實驗ⅱ中溶液紅色褪去的原因必然是Fe³⁺或SCN^-被消耗所致，實驗ⅲ首先驗證實驗ⅱ剩余的溶液中存在鐵離子，然后證明溶液中存在硫酸根離子，從而證明SCN^-被氧化；實驗ⅳ證明氧化SCN^-的是雙氧水，而不是氧氣，
①加入氯化鋇溶液后生成不溶于鹽酸的白色沉淀為BaSO₄，
故答案為：BaSO₄；
②溶液中存在平衡：Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，加入雙氧水后SCN^-被氧化，SCN^-的濃度減小，平衡向著逆向移動，所以溶液紅色褪去，
故答案為：溶液中SCN^-離子被H₂O₂氧化，溶液紅色褪去；
③將實驗ⅳ中2mL 0.1mol/L FeCl₃溶液改為2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，重復該實驗，現象為：加入雙氧水溶液后，紅色過一段時間褪去（或緩慢褪去），具體操作方法及現象為：分別取2mL 0.1mol/L FeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變為紅色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，FeCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色），
故答案為：分別取2mL0.1mol/LFeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變為紅色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，FeCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色）．

點評 本題考查了探究探究物質組成及性質實驗方案的設計，題目難度中等，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用基礎知識的能力，注意掌握常見物質的性質及性質實驗方案設計與評價原則．