Question

9．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(fā)現溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S色，并檢測到二氧化碳氣體生成．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1.5mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.9mol．
（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】請你完成如表中內容．

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的稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液	若溶液不變紅，則假設一成立，若溶液變紅，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或FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑．

根據圖象，如有1.0g草酸亞鐵晶體在坩堝中敞口充分加熱，最終殘留黑色固體的質量大于0.4g．某同學由此得出結論：假設一不成立．你是否同意該同學的結論，并簡述理由：不同意，實驗未在密閉容器中進行，FeO會被空氣進一步氧化，生成鐵的其它氧化物．

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(fā)現溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S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；
如有1.0g草酸亞鐵晶體在坩堝中敞口充分加熱，最終殘留黑色固體的質量大于0.4g．某同學由此得出結論：假設一不成立不合理，氧化亞鐵可以被空氣氧化．

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(fā)現溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S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1.5mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.9mol，
故答案為：還原性；0.9；
（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：加入適量的稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液；若溶液不變紅，則假設一成立，若溶液變紅，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(fā)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(xù)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或FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O或FeC₂O₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑；
如有1.0g草酸亞鐵晶體在坩堝中敞口充分加熱，依據鐵元素守恒計算得到若生成氧化亞鐵，質量為0.4g，但實驗過程中最終殘留黑色固體的質量大于0.4g，可能是實驗未在密閉容器中進行，氧化亞鐵被空氣氧化為氧化鐵，某同學由此得出結論：假設一不成立不合理，
故答案為：不同意，實驗未在密閉容器中進行，FeO會被空氣進一步氧化，生成鐵的其它氧化物．

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．