Question

9．草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O）呈淡黄色．某课题组为探究草酸业铁晶体的化学性质，进行了一系列实验探究．
（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，并检测到二氧化碳气体生成．这说明草酸亚铁晶体具有还原性（填“氧化性”、“还原性”或“碱性”）．若反应中消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，则参加反应的KMnO₄为0.6mol．
（2）资料表明：在密闭容器中加热到一定温度时，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．课题组根据课本上所介绍的铁的氧化物的性质，对黑色固体的组成提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部是FeO
假设二：全部是Fe₃O₄
假设三：是FeO和Fe₃O₄的混合物
（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，加入适量稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液	若溶液不变红色，则假设一成立；若溶液变红色，则假设一不成立

【定量研究】课题组在文献中查阅到，FeC₂O₄•2H₂O受热分解时，固体质量随温度变化的曲线如下图所示，写出加热到400℃时，FeC₂O₄•2H₂O晶体受热分解的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．根据图象，如有1.0g草酸亚铁晶体在坩埚中敞口充分加热，最终残留黑色固体的质量大于0.4g．某同学由此得出结论：假设一不成立．你是否同意该同学的结论，并简述理由：不同意，实验未在密闭容器中进行，FeO会被空气中的氧气进一步氧化，生成铁的其他氧化物．

Answer 1

分析 （1）高锰酸钾溶液的紫红色褪去，溶液变为棕黄色，是FeC₂O₄被高锰酸钾氧化为Fe³⁺的结果，有二氧化碳气体生成，碳元素也被氧化，表明FeC₂O₄具有还原性；
反应中Fe元素化合价由+2价升高为+3价，而C元素化合价由+3价是为+4价，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，根据得失电子数相等计算参加反应的KMnO₄的物质的量；
（2）铁的氧化物中，呈黑色的有FeO和Fe₃O₄；
（3）定性研究：FeO与盐酸或硫酸反应生成Fe²⁺，Fe²⁺与KSCN不反应，但Fe₃O₄或FeO和Fe₃O₄的混合物溶于稀盐酸或稀硫酸中生成Fe³⁺，遇KSCN变红色；
定量研究：草酸亚铁品体受热首先失去结晶水，晶体中结晶水的质量为1.0g×$\frac{36}{180}$=0.2g，全部失去结晶水后固体质量为1g-0.2g=0.8g，则A点对应的物质为FeC₂O₄，400℃时固体质量减少，应该是FeC₂O₄发生分解，生成铁的氧化物（即B点对应物质）．根据图象可知1.0g晶体分解生成的铁的氧化物的质量为0.4g，设此铁的氧化物的化学式为Fe_aO_b，根据Fe守恒可知0.4g此氧化物中铁元素的质量为1.0g×$\frac{56}{180}$，氧元素的质量为（0.4g-1.0g×$\frac{56}{180}$）g，故a：b=（1.0g×$\frac{56}{180}$）：（0.4g-1.0g×$\frac{56}{180}$），解得a：b=1：1，即晶体分解所得铁的氧化物为FeO；
此后，残留固体的质量逐渐增大，显然是被空气中的氧气所氧化，生成了铁的其他氧化物，固体质量肯定会大于4.0g．

解答 解：（1）高锰酸钾溶液的紫红色褪去，溶液变为棕黄色，是FeC₂O₄被高锰酸钾氧化为Fe³⁺的结果，有二氧化碳气体生成，碳元素也被氧化，表明FeC₂O₄具有还原性；
反应中Fe元素化合价由+2价升高为+3价，而C元素化合价由+3价是为+4价，Mn元素化合价由+7价降低为+2价，若反应中消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，根据得失电子数相等，参加反应的KMnO₄的物质的量为$\frac{1mol×1+1mol×2}{7-2}$=0.6mol，
故答案为：还原性；0.6；
（2）铁的氧化物中，呈黑色的有FeO和Fe₃O₄，则：
假设二：全部是Fe₃O₄，
假设三：是FeO和Fe₃O₄的混合物，
故答案为：全部是Fe₃O₄；是FeO和Fe₃O₄的混合物；
（3）定性研究：取少量黑色固体，加入适量稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，若溶液不变红色，则假设一成立；若溶液变红色，则假设一不成立，
定量研究：草酸亚铁品体受热首先失去结晶水，晶体中结晶水的质量为1.0g×$\frac{36}{180}$=0.2g，全部失去结晶水后固体质量为1g-0.2g=0.8g，则A点对应的物质为FeC₂O₄，400℃时固体质量减少，应该是FeC₂O₄发生分解，生成铁的氧化物（即B点对应物质）．根据图象可知1.0g晶体分解生成的铁的氧化物的质量为0.4g，设此铁的氧化物的化学式为Fe_aO_b，根据Fe守恒可知0.4g此氧化物中铁元素的质量为1.0g×$\frac{56}{180}$，氧元素的质量为（0.4g-1.0g×$\frac{56}{180}$）g，故a：b=（1.0g×$\frac{56}{180}$）：（0.4g-1.0g×$\frac{56}{180}$），解得a：b=1：1，即晶体分解所得铁的氧化物为FeO，℃时，FeC₂O₄•2H₂O晶体受热分解的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
由于坩埚是敞口容器，实验未在密闭容器中进行，FeO会被空气中的氧气进一步氧化，生成铁的其他氧化物，固体质量肯定会大于4.0g，该同学的说法不正确，
故答案为：

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，加入适量稀盐酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液	若溶液不变红色，则假设一成立；若溶液变红色，则假设一不成立

； FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O；不同意，实验未在密闭容器中进行，FeO会被空气中的氧气进一步氧化，生成铁的其他氧化物．

点评 本题以探究实验为基础，考查了氧化还原反应、探究基本方法、物质的检验、化学计算等相关知识，是对学生综合能力的考查，难度中等．