Question

5．某小組同學(xué)利用鋁和氧化鐵發(fā)生鋁熱反應(yīng)后得到的固體進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
（1）鋁和氧化鐵反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe．
（2）固體成分的初步確定．

實(shí)驗(yàn)序號	操作及現(xiàn)象
ⅰ	取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，產(chǎn)生無色氣體（經(jīng)檢驗(yàn)為H2），溶液呈淺黃色
ⅱ	向ⅰ中所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H2O2溶液至過量，產(chǎn)生無色氣體（經(jīng)檢驗(yàn)為O2），溶液變?yōu)樯罴t色，且紅色很快褪去

①由上述實(shí)驗(yàn)可知：溶液中Fe元素的存在形式有Fe²⁺、Fe³⁺．
②ⅰ中產(chǎn)生H₂的原因是樣品中除含F(xiàn)e外，可能有未反應(yīng)的Al，為檢驗(yàn)樣品中是否含Al單質(zhì)，設(shè)計了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，依據(jù)的原理是（用離子方程式表示）2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑．
③生成O₂的化學(xué)方程式是2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，上述固體樣品中Fe元素的存在形式有：Fe、Fe₂O₃、Fe₃O₄．
（3）該小組同學(xué)對ⅱ中溶液紅色褪去的原因做進(jìn)一步探究．

實(shí)驗(yàn)序號	操作、現(xiàn)象
ⅲ	將ⅱ中剩余溶液均分為兩份，一份滴加NaOH溶液，產(chǎn)生紅褐色沉淀； 另一份滴加BaCl2溶液，產(chǎn)生白色沉淀，加入鹽酸，沉淀不溶解
ⅳ	取2mL 0.1mol/L FeCl3溶液，滴入KSCN溶液，溶液變?yōu)榧t色，通入一段時間O2， 無明顯變化．再加入H2O2溶液，紅色很快褪去

提示：KSCN中S元素的化合價為-2價
①實(shí)驗(yàn)ⅲ中白色沉淀的化學(xué)式是BaSO₄．
②結(jié)合實(shí)驗(yàn)ⅲ和ⅳ分析，實(shí)驗(yàn)ⅱ中紅色褪去的原因是溶液中SCN^-離子被H₂O₂氧化，溶液紅色褪去．
③查閱資料得知：Cl^-對溶液紅色褪去的反應(yīng)有催化作用，驗(yàn)證該說法應(yīng)補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)象是分別取2mL0.1mol/LFeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變?yōu)榧t色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，F(xiàn)eCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色）．

Answer 1

分析 （1）Al在高溫下與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和氧化鋁，據(jù)此寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（2）①向溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，說明溶液中含有Fe³⁺；溶液變?yōu)樯罴t色，說明溶液加入過量雙氧水后溶液中鐵離子濃度增大，則原溶液中含有Fe²⁺；
②利用金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)為鐵不反應(yīng)檢驗(yàn)，Al與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣；
③雙氧水在催化劑存在條件下能夠分解生成水和氧氣；
（3）實(shí)驗(yàn)ⅱ中溶液紅色褪去的原因必然是Fe³⁺或SCN^-被消耗所致，實(shí)驗(yàn)ⅲ首先驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)ⅱ剩余的溶液中存在鐵離子，然后證明溶液中存在硫酸根離子，從而證明SCN^-被氧化；實(shí)驗(yàn)ⅳ證明氧化SCN^-的是雙氧水，而不是氧氣，據(jù)此進(jìn)行解答①②．
③證明Cl^-對溶液紅色褪去的反應(yīng)有催化作用，可以將氯化鐵溶液改成硫酸鐵，然后重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)溶液褪色情況判斷．

解答 解：（1）Al與氧化鐵在高溫下發(fā)生鋁熱反應(yīng)生成氧化鋁和鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe，
故答案為：2Al+Fe₂O₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Al₂O₃+2Fe；
（2）①向ⅰ中所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，說明溶液中含有Fe³⁺，再加入H₂O₂溶液至過量，產(chǎn)生無色氣體（經(jīng)檢驗(yàn)為O₂），溶液變?yōu)樯罴t色，說明溶液加入雙氧水后溶液中鐵離子濃度增大，則原溶液中含有Fe²⁺，
故答案為：Fe²⁺、Fe³⁺；
②金屬鋁能夠與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，改寫成離子方程式為：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，而鐵不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，據(jù)此可以檢驗(yàn)是否含有Al，
故答案為：2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
③雙氧水在鐵離子作催化劑條件下分解生成水和氧氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;催化劑\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（3）實(shí)驗(yàn)ⅱ中溶液紅色褪去的原因必然是Fe³⁺或SCN^-被消耗所致，實(shí)驗(yàn)ⅲ首先驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)ⅱ剩余的溶液中存在鐵離子，然后證明溶液中存在硫酸根離子，從而證明SCN^-被氧化；實(shí)驗(yàn)ⅳ證明氧化SCN^-的是雙氧水，而不是氧氣，
①加入氯化鋇溶液后生成不溶于鹽酸的白色沉淀為BaSO₄，
故答案為：BaSO₄；
②溶液中存在平衡：Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，加入雙氧水后SCN^-被氧化，SCN^-的濃度減小，平衡向著逆向移動，所以溶液紅色褪去，
故答案為：溶液中SCN^-離子被H₂O₂氧化，溶液紅色褪去；
③將實(shí)驗(yàn)ⅳ中2mL 0.1mol/L FeCl₃溶液改為2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，重復(fù)該實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象為：加入雙氧水溶液后，紅色過一段時間褪去（或緩慢褪去），具體操作方法及現(xiàn)象為：分別取2mL 0.1mol/L FeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變?yōu)榧t色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，F(xiàn)eCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色），
故答案為：分別取2mL0.1mol/LFeCl₃溶液和2mL 0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，分別滴入KSCN溶液，溶液均變?yōu)榧t色；再分別加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，F(xiàn)eCl₃溶液褪色快（或取0.05mol/L Fe₂（SO₄）₃溶液，滴入KSCN溶液，溶液變紅色，將紅色溶液分為2份，1份加入NaCl固體，另一份不變，向這兩份溶液中均加入等濃度等體積的H₂O₂溶液，加入NaCl的溶液紅色迅速褪色）．

點(diǎn)評 本題考查了探究探究物質(zhì)組成及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，題目難度中等，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力，注意掌握常見物質(zhì)的性質(zhì)及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計與評價原則．