Question

15．草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O）呈淡黃色．某課題組為探究草酸亞鐵晶體的化學性質，進行了一系列實驗探究．
（1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到有二氧化碳氣體生成．這說明草酸亞鐵晶體具有還原性（填“氧化性”、“還原性”或“堿性”）．若反應中消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.6mol．
（2）資料表明：在密閉容器中加熱到一定溫度時，草酸亞鐵晶體可完全分解，生成幾種氧化物，殘留物為黑色固體．課題組根據課本上所介紹的鐵的氧化物的性質，對黑色固體的組成提出如下假設，請你完成假設二和假設三：
假設一：全部是FeO；
假設二：全部是四氧化三鐵；
假設三：氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物．
（3）為驗證上述假設一是否成立，課題組進行如下研究．
【定性研究】請你完成下表中內容．

實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）	預期實驗現象和結論
取少量黑色固體，加入適量稀鹽酸或稀硫酸， 在溶液中加入硫氰化鉀溶液	溶液不變紅色，則假設一成立， 溶液變成紅色，則假設一不成立

【定量研究】課題組在文獻中查閱到，FeC₂O₄•2H₂O受熱分解時，固體質量隨溫度變化的曲線如下圖所示：

寫出加熱到400℃時，FeC₂O₄•2H₂O晶體受熱分解的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到CO₂生成．說明草酸亞鐵被氧化為鐵離子、二氧化碳氣體，草酸亞鐵具有還原性，依據電子守恒計算得到消耗的高錳酸鉀物質的量；
（2）草酸亞鐵晶體可完全分解，生成幾種氧化物，殘留物為黑色固體可能為氧化亞鐵或四氧化三鐵，分析判斷；
（3）【定性研究】氧化亞鐵溶解于鹽酸生成氯化亞鐵溶液，加入KSCN溶液，若溶液不變紅證明假設一正確；
【定量研究】根據圖中提供的信息，通過計算可以判斷反應的化學方程式和物質的化學式．

解答 解：（1）向盛有草酸亞鐵晶體的試管中滴入幾滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振蕩，發現溶液顏色逐漸變為棕黃色，并檢測到CO₂生成．說明草酸亞鐵被氧化為鐵離子、二氧化碳氣體，草酸亞鐵具有還原性，依據電子守恒計算得到消耗的高錳酸鉀物質的量，依據氧化還原反應電子守恒原子守恒配平書寫離子方程式為5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+3Mn²⁺+5CO₂↑+12H₂O，消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.6mol，
故答案為：還原性；0.6 mol；
（2）假設一：全部是氧化亞鐵；假設二：全部是四氧化三鐵；假設三：氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物，
故答案為：全部是四氧化三鐵；氧化亞鐵和四氧化三鐵的混合物；
（3）【定性研究】實驗步聚：取少量黑色固體，加入適量的稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，現象與結論：若溶液不變紅，則假設一成立，若溶液變紅，則假設一不成立；
故答案為：

實驗步驟（不要求寫出具體操作程）	預期實驗現象和結論
加入適量稀鹽酸或稀硫酸，在溶液中加入硫氰化鉀溶液	溶液不變紅色，則假設一成立，溶液變成紅色，則假設一不成立

；
【定量研究】通過剩余固體的質量可知，過程Ⅰ發生的反應是：草酸亞鐵晶體受熱失去結晶水，設失去結晶水x，圖象分析可知固體質量變化1.0-0.8=0.2g，依據則反應的化學方程式計算為：
FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeC₂O₄•（2-x）H₂O+xH₂O△m
180                                 18x
1.0                                  0.2       x=2
加熱到300°C，晶體全部失去結晶水生成草酸亞鐵和水，
繼續加熱到400°C，固體質量減少0.8g-0.4g=0.4g；此時草酸亞鐵分解減少的是氣體質量，反應過程中一定存在反應生成氧化亞鐵和二氧化碳，鐵元素化合價不變時，依據元素化合價變化和電子守恒可知碳元素化合價從+3價變化為+4價，一定有化合價降低生成+2價的一氧化碳，反應的化學方程式FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO+CO₂，
FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO+CO₂ △m
144                  72
0.8                  0.4
計算結果符合圖象固體質量變化，所以反應的化學方程式為FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．

點評 本題考查了鐵及其化合物性質的實驗驗證和實驗分析判斷，定量計算，圖象分析是解題關鍵，題目難度較大．