Question

三草酸合鐵酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]?3H₂O可用于攝影和藍色印刷．某小組將無水三草酸合鐵酸鉀在一定條件
下加熱分解，對所得氣體產(chǎn)物和固體產(chǎn)物進行實驗和探究．該小組同學查閱資料知，固體產(chǎn)物中鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K₂CO₃，產(chǎn)生的氣體中含有CO、CO₂．
限選試劑：①蒸餾水②3%H₂O₂溶液③氧化銅④1.0mol?L^-1鹽酸⑤濃硫酸⑥1.0mol?L-1NaOH溶液⑦澄清石灰水⑧0.5mol?L-1CuSO₄溶液⑨2%KSCN溶液⑩苯酚溶液
Ⅰ．若用一套連續(xù)實驗裝置檢驗氣體產(chǎn)物中CO的存在，并驗證檢驗過程中有CO₂生成，應選用的試劑為（按先后順序把所選試劑的標號填入空格內）：⑥→⑦

 

→

 

→

 

．
Ⅱ．探究固體產(chǎn)物中鐵元素的存在形式．
（1）提出合理假設
假設1：只有Fe；假設2：只有FeO；假設3：含有Fe和FeO
（2）設計實驗方案并實驗驗證：

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
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   成立，若有暗紅色固體生成，則反應的離子方程式為   ．
步驟3：	若溶液基本無色，則假設Ⅰ成立，若溶液呈淺綠色，則假設3成立

（3）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．請你設計實驗方案證明假設3成立（寫出實驗的操作步驟、現(xiàn)象與結論）：

 

．
Ⅲ．定量探究
取受熱后所得固體于試管中，加入足量蒸餾水，過濾、洗滌、干燥得到黑色粉末，取4.4g黑色粉末溶與足量稀硝酸中，收集到標準狀況下NO1.12L，通過計算判斷黑色粉末的成分為

 

（填化學式）．寫出黑色粉末溶于足量稀硝酸發(fā)生反應的離子方程式

 

．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：Ⅰ．檢驗產(chǎn)生的氣體中產(chǎn)生的氣體中含有CO，應該先通過氫氧化鈉溶液除去二氧化碳，再利用澄清石灰水檢驗二氧化碳已經(jīng)除盡，然后用氧化銅將Co轉化成二氧化碳，再通過澄清石灰水檢驗有二氧化碳生成，從而得出產(chǎn)生的氣體中含有CO，據(jù)此選出試劑并進行排序；
Ⅱ．（2）用過量硫酸銅溶液檢驗金屬鐵的存在情況；由于硫酸銅過量，鐵完全反應，利用鹽酸溶解驟2所得暗紅色固體，根據(jù)反應現(xiàn)象判斷鐵元素的存在形式；
（3）根據(jù)檢驗亞鐵離子的方法判斷是否存在氧化亞鐵；
Ⅲ．先根據(jù)n=

V

Vm

計算出NO的物質的量，再根據(jù)化合價變化計算出生成一氧化氮轉移的電子的物質的量，然后利用極值法和電子守恒判斷4.4g固體的組成，最后寫出反應的離子方程式．

解答： 解：Ⅰ．將氣體產(chǎn)物通過⑥1.0 mol?L^-1NaOH溶液除去二氧化碳，然后通過⑦澄淸石灰水，證明二氧化碳已經(jīng)除盡，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，試管中有紅色物質生成，同時生成了能夠使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為：⑥⑦⑤③⑦，
故答案為：⑤③⑦；
Ⅱ．（2）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，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，若藍色溶液顏色及加入的固體無明顯變化，則假設2成立；若藍色溶液顏色明顯改變，且有暗紅色固體生成，則證明有鐵單質存在，發(fā)生反應的離子方程式為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，
故答案為：2；Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；
步驟3．氧化亞鐵不溶于水，可以和鹽酸反應生成氯化冶鐵和水，可以檢驗亞鐵離子的存在進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1成立；若溶液呈淺綠色，則證明假設3成立，
故答案為：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；
（3）可以所以硫酸氫鉀溶液和雙氧水檢驗步驟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3成立；
Ⅲ．標況下1.12L一氧化氮的物質的量為：n（NO）=

1.12L

2.24L/mol

=0.05mol，生成0.05mol電子需要轉移的電子的物質的量為：（5-2）×0.05mol=0.15mol，根據(jù)電子守恒，如果固體完全為鐵，則固體的質量為：56gmol×

0.15mol

3

=2.8g；
如果固體為FeO，則固體的質量為：72g/mol×

0.15mol

3-2

=10.8g，
所以4.4g為Fe和FeO的混合物，
Fe與硝酸反應的離子方程式為：3FeO+NO₃^-+10H⁺═3Fe³⁺+5H₂O+NO↑，
FeO與硝酸反應的離子方程式為：Fe+NO₃^-+4H⁺═Fe³⁺+2H₂O+NO↑，
故答案為：Fe和FeO；3FeO+NO₃^-+10H⁺═3Fe³⁺+5H₂O+NO↑、Fe+NO₃^-+4H⁺═Fe³⁺+2H₂O+NO↑．

點評：本題考查物質性質實驗方案的設計，涉及了元素及其化合物性質、離子方程式書寫等知識，題目難度較大，試題知識點較大，綜合性較強，是一道質量較好的題目，有利于提高學生運用所學知識的能力及化學實驗能力．