Question

某研究性学习小组为探究草酸亚铁晶体的化学性质，进行了下列实验．已知草酸亚铁晶体（FeC₂O₄?2H₂O）呈浅黄色，其中C元素的化合价为+3价．
（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到有CO₂气体生成．这说明草酸亚铁晶体具有

 

（填“氧化性”、“还原性”或“碱性”）．若此反应中消耗2molFeC₂O₄?2H₂O，则参加反应的KMnO4为

 

mol．
（2）查阅资料表明：草酸亚铁晶体在密闭容器中加热到一定温度时完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体．请你根据课本上介绍的铁的氧化物的物理性质，对黑色固体的组成提出如下假设，完成假设二和假设三：
假设一：全部是FeO  假设二

 

：假设三

 

：
（3）为验证上述假设一是否成立，课题组进行如下研究．
【定性研究】请你完成下表中内容．

实验步骤（不要求写出具体操作过程）	预期实验现象和结论
取少量黑色固体，

【定量研究】资料表明FeC₂O₄?2H₂O受热分解时，固体质量随温度变化的曲线如下图所示．请你写出加热到400℃时，FeC₂O₄?2H₂O晶体受热分解（生成几种氧化物）的化学方程式为：

 

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，草酸亚铁具有还原性，依据电子守恒计算得到消耗的高锰酸钾物质的量；
（2）草酸亚铁晶体可完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体可能为氧化亚铁或四氧化三铁，分析判断；
（3）氧化亚铁溶解于盐酸生成氯化亚铁溶液，加入KSCN溶液，若溶液不变红证明假设一正确；
定量实验：根据图中提供的信息，通过计算可以判断反应的化学方程式和物质的化学式．

解答： 解：（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，草酸亚铁具有还原性，依据电子守恒计算得到消耗的高锰酸钾物质的量，依据氧化还原反应电子守恒原子守恒配平书写离子方程式为：
5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+3Mn²⁺+5CO₂↑+12H₂O，消耗2mol FeC₂O₄?2H₂O，则参加反应的KMnO₄为1.2mol；
故答案为：还原性；1.2；
（2）假设一：全部是氧化亚铁；假设二：全部是四氧化三铁；假设三：氧化亚铁和四氧化三铁的混合物，
故答案为：全部是四氧化三铁；氧化亚铁和四氧化三铁的混合物；
（3）[定性研究]实验步聚：取少量黑色固体，加入适量的稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液．现象与结论：若溶液不变红，则假设一成立，若溶液变红，则假设一不成立；
故答案为：取少量黑色固体，加入适量的稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，若溶液不变红，则假设一成立，若溶液变红，则假设一不成立；
[定量研究]通过剩余固体的质量可知，过程Ⅰ发生的反应是：草酸亚铁晶体受热失去结晶水，设失去结晶水x，图象分析可知固体质量变化1.0-0.8=0.2g，依据则反应的化学方程式计算为：
FeC₂O₄?2H₂O

△   .

FeC₂O₄?（2-x）H₂O+xH₂O△m
 180                                 18x
 1.0                                 0.2
x=2
加热到300°C，晶体全部失去结晶水生成草酸亚铁和水，
继续加热到400°C，固体质量减少0.8g-0.4g=0.4g；此时草酸亚铁分解减少的是气体质量，反应过程中一定存在反应生成氧化亚铁和二氧化碳，铁元素化合价不变时，依据元素化合价变化和电子守恒可知碳元素化合价从+3价变化为+4价，一定有化合价降低生成+2价的一氧化碳，反应的化学方程式FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂，
FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ △m
  144                72     
   0.8               0.4
计算结果符合图象固体质量变化，所以反应的化学方程式为FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ ，
故答案为：FeC₂O₄

△   .

FeO+CO+CO₂ ．

点评：本题考查了铁及其化合物性质的实验验证和实验分析判断，定量计算，图象分析是解题关键，题目难度较大．