Question

9．草酸亞鐵晶體（FeC₂O₄•2H₂O）呈淡黃色．某課題組為探究草酸業(yè)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】請你完成下表中內容．

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）溶解，在溶液中加入KSCN溶液	若溶液不變紅色，則假設一成立；若溶液變紅色，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下圖所示，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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O．根據(jù)圖象，如有1.0g草酸亞鐵晶體在坩堝中敞口充分加熱，最終殘留黑色固體的質量大于0.4g．某同學由此得出結論：假設一不成立．你是否同意該同學的結論，并簡述理由：不同意，實驗未在密閉容器中進行，F(xiàn)eO會被空氣中的氧氣進一步氧化，生成鐵的其他氧化物．

Answer 1

分析 （1）高錳酸鉀溶液的紫紅色褪去，溶液變?yōu)樽攸S色，是FeC₂O₄被高錳酸鉀氧化為Fe³⁺的結果，有二氧化碳氣體生成，碳元素也被氧化，表明FeC₂O₄具有還原性；
反應中Fe元素化合價由+2價升高為+3價，而C元素化合價由+3價是為+4價，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，根據(jù)得失電子數(shù)相等計算參加反應的KMnO₄的物質的量；
（2）鐵的氧化物中，呈黑色的有FeO和Fe₃O₄；
（3）定性研究：FeO與鹽酸或硫酸反應生成Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺與KSCN不反應，但Fe₃O₄或FeO和Fe₃O₄的混合物溶于稀鹽酸或稀硫酸中生成Fe³⁺，遇KSCN變紅色；
定量研究：草酸亞鐵品體受熱首先失去結晶水，晶體中結晶水的質量為1.0g×$\frac{36}{180}$=0.2g，全部失去結晶水后固體質量為1g-0.2g=0.8g，則A點對應的物質為FeC₂O₄，400℃時固體質量減少，應該是FeC₂O₄發(fā)生分解，生成鐵的氧化物（即B點對應物質）．根據(jù)圖象可知1.0g晶體分解生成的鐵的氧化物的質量為0.4g，設此鐵的氧化物的化學式為Fe_aO_b，根據(jù)Fe守恒可知0.4g此氧化物中鐵元素的質量為1.0g×$\frac{56}{180}$，氧元素的質量為（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，即晶體分解所得鐵的氧化物為FeO；
此后，殘留固體的質量逐漸增大，顯然是被空氣中的氧氣所氧化，生成了鐵的其他氧化物，固體質量肯定會大于4.0g．

解答 解：（1）高錳酸鉀溶液的紫紅色褪去，溶液變?yōu)樽攸S色，是FeC₂O₄被高錳酸鉀氧化為Fe³⁺的結果，有二氧化碳氣體生成，碳元素也被氧化，表明FeC₂O₄具有還原性；
反應中Fe元素化合價由+2價升高為+3價，而C元素化合價由+3價是為+4價，Mn元素化合價由+7價降低為+2價，若反應中消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，根據(jù)得失電子數(shù)相等，參加反應的KMnO₄的物質的量為$\frac{1mol×1+1mol×2}{7-2}$=0.6mol，
故答案為：還原性；0.6；
（2）鐵的氧化物中，呈黑色的有FeO和Fe₃O₄，則：
假設二：全部是Fe₃O₄，
假設三：是FeO和Fe₃O₄的混合物，
故答案為：全部是Fe₃O₄；是FeO和Fe₃O₄的混合物；
（3）定性研究：取少量黑色固體，加入適量稀鹽酸（或稀硫酸）溶解，在溶液中加入KSCN溶液，若溶液不變紅色，則假設一成立；若溶液變紅色，則假設一不成立，
定量研究：草酸亞鐵品體受熱首先失去結晶水，晶體中結晶水的質量為1.0g×$\frac{36}{180}$=0.2g，全部失去結晶水后固體質量為1g-0.2g=0.8g，則A點對應的物質為FeC₂O₄，400℃時固體質量減少，應該是FeC₂O₄發(fā)生分解，生成鐵的氧化物（即B點對應物質）．根據(jù)圖象可知1.0g晶體分解生成的鐵的氧化物的質量為0.4g，設此鐵的氧化物的化學式為Fe_aO_b，根據(jù)Fe守恒可知0.4g此氧化物中鐵元素的質量為1.0g×$\frac{56}{180}$，氧元素的質量為（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，即晶體分解所得鐵的氧化物為FeO，℃時，F(xiàn)eC₂O₄•2H₂O晶體受熱分解的化學方程式為：FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O，
由于坩堝是敞口容器，實驗未在密閉容器中進行，F(xiàn)eO會被空氣中的氧氣進一步氧化，生成鐵的其他氧化物，固體質量肯定會大于4.0g，該同學的說法不正確，
故答案為：

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）溶解，在溶液中加入KSCN溶液	若溶液不變紅色，則假設一成立；若溶液變紅色，則假設一不成立

； FeC₂O₄•2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeO+CO↑+CO₂↑+2H₂O；不同意，實驗未在密閉容器中進行，F(xiàn)eO會被空氣中的氧氣進一步氧化，生成鐵的其他氧化物．

點評 本題以探究實驗為基礎，考查了氧化還原反應、探究基本方法、物質的檢驗、化學計算等相關知識，是對學生綜合能力的考查，難度中等．