Question

【題目】探究鐵在某濃度H3PO4和H2O2的混合溶液中反應(yīng)的情況，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)	操作	現(xiàn)象
Ⅰ	將除去氧化膜的鐵釘置于燒杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1 H3PO4和 3 mL 30% H2O2的混合溶液（pH≈1）。	一段時(shí)間后鐵釘表面突然產(chǎn)生大量氣泡，隨后停止產(chǎn)生氣泡；一段時(shí)間后再產(chǎn)生大量氣泡，再停止，出現(xiàn)周而往復(fù)的現(xiàn)象。過程中，溶液保持澄清。
Ⅱ	將與實(shí)驗(yàn)Ⅰ相同的鐵釘放入燒杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1H3PO4和3 mL H2O。	片刻后鐵釘表面持續(xù)產(chǎn)生氣泡，溶液保持澄清。

已知：Fe3(PO4)2難溶于水，Fe(H2PO4)2溶于水。

(1)用85% H3PO4配制100 mL 1.0 mol·L1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、______。

(2)實(shí)驗(yàn)Ⅱ中鐵釘表面產(chǎn)生氣體的化學(xué)方程式是______。

(3)探究停止產(chǎn)生氣泡的原因。

提出假設(shè)：鐵釘表面形成了含有+3價(jià)鐵的氧化膜將鐵釘覆蓋。

甲同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅲ，得出假設(shè)成立的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)Ⅲ：將洗凈的實(shí)驗(yàn)Ⅰ中無氣泡產(chǎn)生時(shí)的鐵釘置于試管中，加入滴有KSCN溶液的稀H2SO4，振蕩，靜置，溶液呈紅色。

乙同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅲ無法證實(shí)假設(shè)成立，其理由是_____。

乙同學(xué)通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了假設(shè)成立。

(4)鐵釘表面突然產(chǎn)生大量氣泡的可能原因是Fe2+迅速被H2O2氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的H2脫離鐵釘表面。

①實(shí)驗(yàn)Ⅳ證實(shí)了形成氧化膜過程中產(chǎn)生H+。

實(shí)驗(yàn)Ⅳ：______（填操作），滴入少量FeSO4溶液后，立即測(cè)定pH，pH迅速降低。

②形成氧化膜（以Fe2O3計(jì)）的離子方程式是______。

(5)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中周而往復(fù)的現(xiàn)象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關(guān)，從反應(yīng)的速率

角度分析其原因：______。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶 未排除氧氣的干擾 取與實(shí)驗(yàn)I初始時(shí)pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中 鐵與磷酸反應(yīng)生成氫氣和Fe2+，F(xiàn)e2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離：隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣

【解析】

題目是進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)I中，鐵釘表面產(chǎn)生氣泡，是因?yàn)殍F與H3PO4反應(yīng)生成氫氣，因?yàn)槿芤罕３殖吻澹�根�?jù)信息可知還生成了Fe(H2PO4)2，一段時(shí)間后再產(chǎn)生大量氣泡，再停止，出現(xiàn)周而往復(fù)的現(xiàn)象，與實(shí)驗(yàn)II對(duì)比可知是H2O2發(fā)生了作用，再根據(jù)后續(xù)的探究性實(shí)驗(yàn)分析出現(xiàn)周而往復(fù)的現(xiàn)象的原因。

（1）根據(jù)配制一定物質(zhì)的量的溶液所需要的儀器，還缺少100mL容量瓶，故答案為：100mL容量瓶；

（2）由題目信息可知，鐵與H3PO4反應(yīng)生成氫氣和Fe(H2PO4)2，化學(xué)方程式為：；

（3）氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成成鐵離子，故實(shí)驗(yàn)Ⅲ無法證實(shí)假設(shè)成立，故答案為：未排除氧氣的干擾；

（4）①、實(shí)驗(yàn)Ⅳ要證實(shí)形成氧化膜過程中產(chǎn)生H+，根據(jù)控制變量的思想，操作為：取與實(shí)驗(yàn)I初始時(shí)pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中，滴入少量FeSO4溶液后，立即測(cè)定pH，pH迅速降低；故答案為：取與實(shí)驗(yàn)I初始時(shí)pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中；

②、亞鐵離子被H2O2溶液氧化為Fe2O3，離子方程式為：；

（5）實(shí)驗(yàn)Ⅰ中周而往復(fù)的現(xiàn)象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關(guān)，從反應(yīng)的速率角度分析如下：鐵與磷酸反應(yīng)生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離：隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。

故答案為：鐵與磷酸反應(yīng)生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離：隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。