Question

在眾多的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象中，化學(xué)振蕩現(xiàn)象最為令人驚奇，化學(xué)振蕩實驗很多，其中酸與鐵絲的反應(yīng)就是其中一例．某合作小組的同學(xué)查閱文獻(xiàn)資料后，擬做鐵絲與酸的化學(xué)振蕩實驗并進(jìn)行探究．
實驗步驟：
①將2cm左右的鐵絲夾成多段，放在培養(yǎng)皿中，先用熱的碳酸鈉溶液除去鐵絲表面的油污，蒸餾水沖洗后，再用某種試劑X浸泡到有大量氣泡時取出，用蒸餾水沖洗干凈．
②在細(xì)口瓶中加入30mL1.0mol/L的H₃PO₄、3mL30%的H₂O₂溶液，將處理后的鐵絲放入其中．
③觀察現(xiàn)象：鐵絲表面產(chǎn)生氣泡，隨后消失，再產(chǎn)生氣泡，再消失的周而往復(fù)的化學(xué)振蕩現(xiàn)象出現(xiàn)，振蕩周期約20秒，可維持?jǐn)?shù)小時．
試回答下列問題：
（1）步驟①中，用試劑X可除去鐵釘表面的鐵的氧化物或鍍層，所用的試劑X可能是

 

（選填序號：A．NaOH   B．鹽酸C．酒精）．
（2）對振蕩中產(chǎn)生的氣體的成分，甲、乙兩同學(xué)分別提出了假設(shè)，丙同學(xué)進(jìn)行了驗證．
甲同學(xué)認(rèn)為是H₂，其可能的理由是：

 

．
乙同學(xué)認(rèn)為是O₂，其可能的理由是：

 

．
丙同學(xué)在細(xì)口瓶中插入數(shù)據(jù)采集器氧氣傳感器，密封進(jìn)行實驗一小時，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瓶中氧氣的百分含量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，從而證明產(chǎn)生的氣體是

 

．
（3）丁同學(xué)猜想酸與鐵絲振蕩體系中的反應(yīng)機(jī)理及過程：
（a） Fe+2H⁺→Fe²⁺+H₂        （b）2Fe²⁺+H₂O₂+H₂O→Fe₂O₃+4H⁺
（c）Fe₂O₃+6H⁺→2Fe³⁺+3H₂O   （d）2Fe³⁺+H₂→2Fe²⁺+2H⁺，依據(jù)過程：
（a）→（b）→（c）→（d）→（a）…周而復(fù)始．
依據(jù)此機(jī)理，四步反應(yīng)總的反應(yīng)方程式為：

 

．
（4）戊同學(xué)對本次實驗中的所用鐵釘中單質(zhì)鐵的含量進(jìn)行測定，他們先配制一定物質(zhì)的量濃度的硫酸，然后將一定質(zhì)量的鐵與硫酸（加入適量的銅粉）充分反應(yīng)，并收集產(chǎn)生的氣體，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：

	①	②	③
硫酸溶液體積/mL	50	50	50
稱取鐵釘質(zhì)量/g	5.0	6.0	7.0
再投入銅粉質(zhì)量/g	1.0	1.0	1.0
標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積/L	1.97	2.24	2.24

所配硫酸的物質(zhì)的量濃度為：

 

mol/L；鐵釘中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．

Answer 1

分析：（1）鐵釘表面的鐵的氧化物或鍍層可以與酸反應(yīng)，所以，要除去氧化物或鍍就可以選擇鹽酸；
（2）在H₃PO₄、H₂O₂溶液中加入鐵絲后，可能發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂^↑和2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，所出現(xiàn)的氣體就有可能是H₂或O₂，根據(jù)氧氣的百分含量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，可知產(chǎn)生的氣體應(yīng)當(dāng)是氫氣；
（3）依據(jù)題中所提供的實驗操作可以看出參加反應(yīng)的物質(zhì)有Fe、H₂O₂及酸，根據(jù)題中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反應(yīng)中部分鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生Fe²⁺和H₂，F(xiàn)e²⁺和被H₂O₂氧化成Fe₂O₃，F(xiàn)e₂O₃在酸性條件下將前面產(chǎn)生的H₂氧化成掉，自身被還原為Fe²⁺，所以四步反應(yīng)總反應(yīng)的產(chǎn)物為Fe²⁺和H₂O，據(jù)再配平，即可寫出總反應(yīng)方程式；
（4）將題中表格所提供的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可以看出②和③中鐵的量在①的基礎(chǔ)增加了，但產(chǎn)生的氫氣沒有增加，說明酸不足，鐵過量，即①中酸過量，鐵釘完全溶解，所以硫酸的物質(zhì)的量濃度可以根據(jù)②或③中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，參加反應(yīng)的鐵則用①中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算．

解答：解：（1）鐵釘表面的鐵的氧化物或鍍層可以與酸反應(yīng)，所以，要除去氧化物或鍍就可以選擇鹽酸，故答案為：B；
（2）在H₃PO₄、H₂O₂溶液中加入鐵絲后，可能發(fā)生反應(yīng)Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂^↑和2H₂O₂═2H₂O+O₂↑，所出現(xiàn)的氣體就有可能是H₂或O₂，根據(jù)氧氣的百分含量呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，可知產(chǎn)生的氣體應(yīng)當(dāng)是氫氣，
故答案為：鐵絲能與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣；過氧化氫分解可產(chǎn)生氧氣；氫氣；
（3）依據(jù)題中所提供的實驗操作可以看出參加反應(yīng)的物質(zhì)有Fe、H₂O₂及酸，根據(jù)題中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反應(yīng)中部分鐵與酸反應(yīng)產(chǎn)生Fe²⁺和H₂，F(xiàn)e²⁺和被H₂O₂氧化成Fe₂O₃，F(xiàn)e₂O₃在酸性條件下將前面產(chǎn)生的H₂氧化成掉，自身被還原為Fe²⁺，所以四步反應(yīng)總反應(yīng)的產(chǎn)物為Fe²⁺和H₂O，據(jù)再配平，即可寫出總反應(yīng)方程式為：2Fe+H₂O₂+4H⁺=2Fe²⁺+2H₂O，故答案為：2Fe+H₂O₂+4H⁺=2Fe²⁺+2H₂O； 
（4）將題中表格所提供的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可以看出②和③中鐵的量在①的基礎(chǔ)增加了，但產(chǎn)生的氫氣沒有增加，說明酸不足，鐵過量，即①中酸過量，鐵釘完全溶解，所以硫酸的物質(zhì)的量濃度可以根據(jù)②或③中的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，參加反應(yīng)的鐵則用①中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算．
設(shè)50ml溶液中硫酸的物質(zhì)的量為xmol．5g鐵釘中鐵的質(zhì)量為yg．
Fe+H₂SO₄ ═FeSO₄ +H₂↑
     1mol        1mol
     xmol      

2.24

22.4

2.24L

22.4L/mol

=0.1mol

1m0l

xmol

=

1mol

0.1mol

x=0.1
稀硫酸的物質(zhì)的量濃度=

0.1mol

0.05L

=2mol/L
Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑
56g           1mol
yg             

1.97L

22.4L/mol

=0.088mol

56

y

=

1

0.088

y=4.925
單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

4.925

5.0

×100%=98.5%
即稀硫酸的物質(zhì)的量濃度為2mol/L，鐵釘中單質(zhì)鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.5%．
故答案為：2；98.5%．

點評：本題運用元素化合物知識的基礎(chǔ)上考查了學(xué)生綜合分析實驗和計算的能力，對學(xué)生分析實驗的能力要求較高，有較大難度，計算較為簡單．