Question

15．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(xiàn)溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S色，并檢測到有二氧化碳氣體生成．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1mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.6mol．
（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(jù)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Fe₃O₄；
假設三：是FeO和Fe₃O₄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】請你完成下面的內容：
實驗步驟（不要求寫出具體操作過程）預期實驗現(xiàn)象和結論取少量黑色固體，加入適量稀鹽酸或稀硫酸，在溶液中加入硫氰化鉀溶液，溶液不變紅色，則假設一成立，溶液變成紅色，則假設一不成立
【定量研究】課題組在文獻中查閱到，F(xiàn)eC₂O₄•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，F(xiàn)eC₂O₄．2H₂O晶體受熱分解的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑．

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(xiàn)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(jù)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(jù)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．

解答 解：（1）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(xiàn)溶液顏色逐漸變?yōu)樽攸S色，并檢測到有二氧化碳氣體生成，草酸亞鐵被氧化為鐵離子和二氧化碳，說明草酸亞鐵具有還原性；根據(jù)氧化還原反應得失電子數(shù)相等、原子守恒、電荷守恒可寫出化學方程式，化學方程式為5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+10 CO₂↑+3Mn²⁺+12H₂O，反應中消耗1 mol FeC₂O₄•2H₂O，則參加反應的KMnO₄為0.6mol，
故答案為：還原性；0.6；
（2）草酸亞鐵加熱分解生成幾種氧化物，殘留物為黑色固體，故可能為FeO和Fe₃O₄中的一種或幾種，故假設二為Fe₃O₄，假設三為FeO和Fe₃O₄，
故答案為：全部是Fe₃O₄；是FeO和Fe₃O₄的混合物；
（3）【定性研究】為了驗證假設一成不成立，由于假設一為只有氧化亞鐵，所以只需要檢驗殘余固體中是否含有三價鐵離子即可，操作為取少量黑色固體，加適量鹽酸或稀硫酸溶解后，再向溶液中加幾滴KSCN溶液，看是否出現(xiàn)血紅色，如果不出現(xiàn)血紅色則假設一成立，出現(xiàn)血紅色則假設一不成立，
故答案為：加入適量稀鹽酸或稀硫酸，在溶液中加入硫氰化鉀溶液，溶液不變紅色，則假設一成立，溶液變成紅色，則假設一不成立；
【定量研究】從圖象上可以看出加熱分解的FeC₂O₄•2H₂O的質量為1g，從開始到A點樣品的質量變?yōu)?.8g，減少了0.2g，又經(jīng)計算草酸晶體中水的質量分數(shù)為20%，可得到該溫度范圍內發(fā)生的反應是：草酸亞鐵晶體加熱失去結晶水，A點的溫度為300℃；從A到B質量從0.8g降低到0.4g，根據(jù)（2）中的猜想和計算可得：1g草酸亞鐵晶體分解生成的物質如果為氧化亞鐵的話，剛好能夠得到0.4g氧化亞鐵；從B到C剩余固體的質量又呈現(xiàn)增大的趨勢，此時應該是400℃以前得到的氧化亞鐵被氧化為四氧化三鐵了；經(jīng)上述分析，400℃時一定反應生成氧化亞鐵和二氧化碳，鐵元素化合價未發(fā)生變化，碳的化合價升高，發(fā)生了氧化反應，氧化反應和還原反應應該是同時發(fā)生的，所以碳一定還有化合價降低生成+2價的CO，反應的化學返程式為：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑，
故答案為：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑．

點評 本題考查了探究物質組成與含量的方法，題目難度中等，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵，試題知識點較多、綜合性較強，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．