Question

某研究小组为了探究一种无机矿物盐X（仅含四种元素）的组成和性质，设计并完成了如下实验：

另取10.80g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1，请回答如下问题：
（1）画出白色沉淀1中金属元素的原子结构示意图

 

，写出气体甲的电子式

 

．
（2）X的化学式是

 

，在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为

 

．
（3）白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是

 

（用化学反应方程式表示）
（4）一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，写出一个可能的化学反应方程式

 

，并设计实验方案验证该反应的产物

 

．

Answer 1

考点：真题集萃,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：X能和HCl反应生成气体甲，隔绝空气加热X得到气体甲和固体1，且X和HCl（aq）反应也能得到CO₂，因此猜测X是碳酸盐，因为X加热易分解且能和酸反应生成CO₂，那么甲为CO₂，固体1溶于水得到溶液1和固体2，溶液1和二氧化碳反应生成白色沉淀1，白色沉淀1和二氧化碳、水反应生成溶液2，则白色沉淀1为碳酸盐、溶液2为碳酸氢盐；
固体2和稀盐酸反应生成溶液3，且需要无氧条件，溶液3中加入碱在无氧条件下生成白色沉淀2，白色沉淀2被空气氧化生成红褐色沉淀，则白色沉淀2是Fe（OH）₂，溶液3为FeCl₂，X仅含4种元素，碳酸盐分解生成二氧化碳气体和两种氧化物，其中一种氧化物能溶于水，结合地壳的成分猜测固体1中成分为CaO、FeO，对应地，X应为CaFe（CO₃）₂，结合题中信息：10.80g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1，经计算，确认X为CaFe（CO₃）₂，那么，溶液1是Ca（OH）₂，白色沉淀1是CaCO₃，溶液2是Ca（HCO₃）₂，再结合题目分析解答．

解答： 解：X能和HCl反应生成气体甲，隔绝空气加热X得到气体甲和固体1，且X和HCl（aq）反应也能得到CO₂，因此猜测X是碳酸盐，因为X加热易分解且能和酸反应生成CO₂，那么甲为CO₂，固体1溶于水得到溶液1和固体2，溶液1和二氧化碳反应生成白色沉淀1，白色沉淀1和二氧化碳、水反应生成溶液2，则白色沉淀1为碳酸盐、溶液2为碳酸氢盐；
固体2和稀盐酸反应生成溶液3，且需要无氧条件，溶液3中加入碱在无氧条件下生成白色沉淀2，白色沉淀2被空气氧化生成红褐色沉淀，则白色沉淀2是Fe（OH）₂，溶液3为FeCl₂，X仅含4种元素，碳酸盐分解生成二氧化碳气体和两种氧化物，其中一种氧化物能溶于水，结合地壳的成分猜测固体1中成分为CaO、FeO，对应地，X应为CaFe（CO₃）₂，结合题中信息：10.80g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1，经计算，确认X为CaFe（CO₃）₂，那么，溶液1是Ca（OH）₂，白色沉淀1是CaCO₃，溶液2是Ca（HCO₃）₂，
（1）白色沉淀1是CaCO₃，碳酸钙中金属元素的原子核外有4个电子层、最外层有2个电子，所以Ca原子结构示意图为，气体甲是二氧化碳，二氧化碳的电子式为，
故答案为：；；
（2）通过以上分析知，X的化学式是 CaFe（CO₃）₂，在惰性气流中加热X至完全分解生成二氧化碳和氧化钙、氧化亚铁，所以该反应的化学反应方程式为CaFe（CO₃）₂

△   .

CaO+FeO+2CO₂↑，
故答案为：CaFe（CO₃）₂；CaFe（CO₃）₂

△   .

CaO+FeO+2CO₂↑；
（3）氢氧化亚铁不稳定，易被空气氧化生成红褐色氢氧化铁，所以白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀，反应方程式为4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃，故答案为：4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃；
（4）一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，氧化亚铁具有还原性，能被二氧化碳氧化生成四氧化三铁或氧化铁，同时生成CO，反应方程式为2FeO+CO₂=Fe₂O₃+CO（或生成Fe₃O₄），如果该反应发生，则生成固体中含有三价铁，将固体溶于稀盐酸生成铁离子，铁离子和KSCN溶液反应生成血红色物质而使溶液变红色．
故答案为：2FeO+CO₂=Fe₂O₃+CO（或生成Fe₃O₄）；取适量固体于试管中，加入盐酸溶解，滴入几滴KSCN溶液，若溶液变红色，说明产物中含有三价铁．

点评：本题考查了无机物推断，涉及物质结构、物质的性质、离子的检验等知识点，熟悉元素化合物的性质是解本题关键，知道流程图中每一步发生的反应及反应现象，题目难度中等．