Question

某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室對某固體催化劑（可能含有FeO、Fe₂O₃中的一種或兩種）中鐵元素的價(jià)態(tài)進(jìn)行探究（已知：Fe²⁺能使高錳酸鉀的酸性溶液褪色，反應(yīng)式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
（1）將該固體催化劑在稀硫酸中溶解，請寫出這兩種氧化物與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式：

 

、

 

．
（2）請完成對鐵元素價(jià)態(tài)的探究：
限選實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾；
3mol?L^-1H₂SO₄，3% H₂O₂、6mol?L^-1HNO₃、飽和氯水、0.01mol?L^-1KmnO₄、0.1mol?L^-1KI、20% KSCN溶液、蒸餾水．
①提出合理假設(shè)
假設(shè)1：

 

；
假設(shè)2：

 

；
假設(shè)3：催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)既有+3價(jià)又有+2價(jià)．
①設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明你的假設(shè)（不要在答題卡上作答）
②實(shí)驗(yàn)過程
根據(jù)②的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．請?jiān)诖痤}卡上按下表格式寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟、預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論．

實(shí)驗(yàn)操作	預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論
步驟1：將適量稀H2SO4加入少許樣品于試管中，加熱溶解；然后將所得溶液分置 于A、B試管中．	溶液呈黃綠色，說明溶液中含F(xiàn)e2+或Fe3+．
步驟2：
步驟3：
…

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）氧化亞鐵和氧化鐵都是堿性氧化物，可以和稀硫酸之間反應(yīng)得到對應(yīng)的鹽和水，據(jù)此書寫離子方程式；
（2）①根據(jù)鐵的氧化物中鐵的存在價(jià)態(tài)+2、+3價(jià)來解答；
②+2價(jià)鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗(yàn)，若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)含+2價(jià)，反之則不含；Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗(yàn)+3價(jià)的鐵，結(jié)合上述若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)含+3價(jià)，反之則不含，據(jù)此回答判斷．

解答： 解：（1）氧化亞鐵和氧化鐵都是堿性氧化物，可以和稀硫酸之間反應(yīng)得到對應(yīng)的鹽和水，實(shí)質(zhì)是：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）①鐵的氧化物中鐵的存在價(jià)態(tài)有+2、+3價(jià)，所以，催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)有三種情況：價(jià)態(tài)全部為+3價(jià)；價(jià)態(tài)全部為+2價(jià)；價(jià)態(tài)為+3價(jià)、+2價(jià)．
故答案為：催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)全部為+3價(jià)；催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)全部為+2價(jià)．
②為探究鐵元素的價(jià)態(tài)，先將鐵的氧化物用酸溶解，+2價(jià)鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗(yàn)，
若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)含+2價(jià)，假設(shè)2或3成立，若不褪色，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)不含+2價(jià)，則假設(shè)1成立．
Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗(yàn)+3價(jià)的鐵，若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)含+3價(jià)，則假設(shè)1或3成立，若溶液無明顯變化，則說明催化劑中鐵元素的價(jià)態(tài)不含+3價(jià)，只含+2價(jià)，則假設(shè)2成立．
故答案為：

實(shí)驗(yàn)操作	預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論
步驟2：在A試管中滴加幾滴0.01 mol?L-1KmnO4溶液．	若紫紅色褪去，證明有Fe2+，假設(shè)2或假設(shè)3成立．
步驟3：在B試管中滴加幾滴KSCN溶液．	若溶液變?yōu)檠�紅色，說明有Fe3+，假設(shè)1或假設(shè)3成立（即既含有二價(jià)鐵，又含有三價(jià)鐵）；若步驟2、步驟3均有現(xiàn)象，則假設(shè)3成立．

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點(diǎn)評：本題以鐵及其化合物為載體，綜合考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�、分析問題能力、和解決問題能力，難度較大，熟練掌握物質(zhì)的性質(zhì)是解題的關(guān)鍵．