Question

12．三草酸合鐵酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于攝影和藍(lán)色印刷．某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件下加熱分解，對(duì)所得氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和探究．該小組同學(xué)查閱資料知，固體產(chǎn)物中鐵元素不可能以三價(jià)形式存在，而鹽只有K₂CO₃，產(chǎn)生的氣體中含有CO、CO₂．
請(qǐng)利用實(shí)驗(yàn)室常用儀器、用品和以下限選試劑完成驗(yàn)證和探究過程．
限選試劑：①蒸餾水　②3%H₂O₂溶液�、垩趸�銅�、�1.0 mol•L^-1鹽酸�、轁饬蛩帷、�1.0 mol•L^-1NaOH溶液�、叱吻迨�灰水　⑧0.5 mol•L^-1 CuSO₄溶液�、�2%KSCN溶液　⑩苯酚溶液
（1）若用一套連續(xù)實(shí)驗(yàn)裝置檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物中CO的存在，并驗(yàn)證檢驗(yàn)過程中有CO₂生成，應(yīng)選用的試劑為（按先后順序把所選試劑的標(biāo)號(hào)填入空格內(nèi)）⑦⑥⑤③⑦．
（2）提出合理假設(shè)
假設(shè)1：只有Fe；　假設(shè)2：只有FeO；　假設(shè)3：含有Fe和FeO．
（3）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
步驟1：取適量固體產(chǎn)物于試管中，加入足量蒸餾水溶解，過濾分離出不溶固體．
步驟2：取少量上述不溶固體放入試管中，加入足量CuSO₄溶液，充分振蕩．若固體無明顯變化，則假設(shè)2成立；若有暗紅色固體生成，則反應(yīng)的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺．
步驟3：取步驟2所得暗紅色固體于試管中，滴加過量HCl，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設(shè)1成立；若溶液呈淺綠色，則假設(shè)3成立．
（4）問題討論
若固體產(chǎn)物中FeO含量較少，用步驟3方法難以確定．請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明假設(shè)3成立（寫出實(shí)驗(yàn)的操作步驟、現(xiàn)象與結(jié)論）：取步驟3靜置后的上層溶液，滴加幾滴硫氰化鉀溶液無紅色出現(xiàn)，再滴加1-2滴雙氧水，充分振蕩，若溶液變紅，則證明假設(shè)3成立．
（5）拓展與延伸
有資料介紹“在含F(xiàn)e²⁺的溶液中，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，溶液呈紅色；若再滴加過量氯水，卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去”．假設(shè)溶液中的+3價(jià)鐵還能被氯水氧化為更高價(jià)的${FeO}_{4}^{2-}$，試寫出該反應(yīng)的離子方程式2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

Answer 1

分析 （1）CO的檢驗(yàn)為先將CO₂除盡，凈化（干燥），檢驗(yàn)CO（用CuO，變紅），在檢驗(yàn)有CO₂生成（CO的氧化產(chǎn)物），檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物中CO的存在，并驗(yàn)證檢驗(yàn)過程中有CO₂生成，應(yīng)該先通過氫氧化鈉溶液除去氣體中的二氧化碳，再通過澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳是否除凈，然后通過還原氧化銅生成二氧化碳，用澄清石灰水檢驗(yàn)一氧化碳生成的二氧化碳，據(jù)此選出試劑并進(jìn)行排序；
（2）首先鐵不以三價(jià)鐵形式存在，故考慮范圍為二價(jià)鐵的存在形式，出鐵單質(zhì)，氧化亞鐵以為，還有可能就二者的混合物；
（3）由暗紅色固體生成，可以確定為Cu，故使用的試劑為CuSO₄，然后再暗紅色固體（Cu、FeO）中加鹽酸，溶液呈無色，說明沒有Fe²⁺（淺綠色），故沒有FeO，從而得出結(jié)論．
（4）二價(jià)鐵也氧化為三價(jià)鐵用KSCN進(jìn)行檢驗(yàn)，該方法比較靈敏；
（5）該反應(yīng)中告知反應(yīng)物為Fe³⁺、Cl₂，產(chǎn)物為FeO₄^2-，然后通過氧化還原缺項(xiàng)配平的方法對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行配平．

解答 解：（1）檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物中CO的存在，并驗(yàn)證檢驗(yàn)過程中有CO₂生成，將CO₂除盡，凈化（干燥），檢驗(yàn)CO（用CuO，變紅），在檢驗(yàn)有CO₂生成（CO的氧化產(chǎn)物），應(yīng)該先通過氫氧化鈉溶液除去氣體中的二氧化碳，再通過澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳是否除凈，然后通過還原氧化銅生成二氧化碳，用澄清石灰水檢驗(yàn)一氧化碳生成的二氧化碳，據(jù)此選出試劑并進(jìn)行排序?qū)�氣體產(chǎn)物依次通過⑥1.0 mol•L^-1 NaOH溶液除去二氧化碳，再通過⑦澄淸石灰水，石灰水不變渾濁，證明二氧化碳除凈，然后通過再用⑤濃硫酸干燥氣體，將干燥的氣體通入灼熱的③氧化銅，試管中有紅色物質(zhì)生成，同時(shí)生成了能夠使⑦澄淸石灰水變渾濁的氣體，證明原氧氣中有一氧化碳，所以加入試劑的順序?yàn)椋孩蔻撷茛邰撸?br />故答案為：⑥⑦⑤③⑦；
（2）根據(jù)題意“固體產(chǎn)物中，鐵元素不可能以三價(jià)形式存在”，所以存在的可能是零價(jià)鐵或亞鐵，可能情況有三種：只有Fe；只有FeO；含有Fe和FeO，
故答案為：含有Fe和FeO；
（3）步驟2．金屬鐵不溶于水中，但是可以和硫酸銅發(fā)生置換反應(yīng)，生成金屬銅和硫酸亞鐵，所以取少置上述不溶固體放入試管中，加入足量CuSO₄溶液，若藍(lán)色溶液顏色及加入的不溶固體無明顯變化，則假設(shè)2成立；若藍(lán)色溶液顏色明顯改變，且有暗紅色固體生成，則證明有鐵單質(zhì)存在，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，
步驟3．氧化亞鐵不溶于水，可以和鹽酸反應(yīng)生成氯化冶鐵和水，可以檢驗(yàn)亞鐵離子的存在進(jìn)而確定氧化亞鐵的存在，方法為：取取步驟2所得暗紅色固體于試管中，滴加過量HCl，靜置，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設(shè)1成立；若溶液呈淺綠色，則證明假設(shè)3成立，
故答案為：CuSO₄；2；Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；HCl；1；淺綠色；
（4）可以所以硫酸氫鉀溶液和雙氧水檢驗(yàn)步驟3中是否存在亞鐵離子，方法為：取步驟3靜置后的上層溶液，滴加幾滴硫氰化鉀溶液無紅色出現(xiàn)，再滴加1-2滴雙氧水，充分振蕩，若溶液變紅，則證明假設(shè)3成立，
故答案為：取步驟3靜置后的上層溶液，滴加幾滴硫氰化鉀溶液無紅色出現(xiàn)，再滴加1-2滴雙氧水，充分振蕩，若溶液變紅，則證明假設(shè)3成立；
（5）根據(jù)信息可知，鐵離子被氯氣氧化成FeO₄^2-，根據(jù)化合價(jià)升降相等配平，配平后的離子方程式為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-，
故答案為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-；

點(diǎn)評(píng) 本題目考查考生對(duì)元素及其化合物性質(zhì)的掌握，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)技能，考查考生運(yùn)用相關(guān)知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)提出假設(shè)及設(shè)計(jì)方案的能力，題目難度中等．