Question

【题目】探究铁在某浓度H3PO4和H2O2的混合溶液中反应的情况，进行如下实验：

实验	操作	现象
Ⅰ	将除去氧化膜的铁钉置于烧杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1 H3PO4和 3 mL 30% H2O2的混合溶液（pH≈1）。	一段时间后铁钉表面突然产生大量气泡，随后停止产生气泡；一段时间后再产生大量气泡，再停止，出现周而往复的现象。过程中，溶液保持澄清。
Ⅱ	将与实验Ⅰ相同的铁钉放入烧杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1H3PO4和3 mL H2O。	片刻后铁钉表面持续产生气泡，溶液保持澄清。

已知：Fe3(PO4)2难溶于水，Fe(H2PO4)2溶于水。

(1)用85% H3PO4配制100 mL 1.0 mol·L1H3PO4所用的玻璃仪器有量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、______。

(2)实验Ⅱ中铁钉表面产生气体的化学方程式是______。

(3)探究停止产生气泡的原因。

提出假设：铁钉表面形成了含有+3价铁的氧化膜将铁钉覆盖。

甲同学进行实验Ⅲ，得出假设成立的结论。

实验Ⅲ：将洗净的实验Ⅰ中无气泡产生时的铁钉置于试管中，加入滴有KSCN溶液的稀H2SO4，振荡，静置，溶液呈红色。

乙同学认为实验Ⅲ无法证实假设成立，其理由是_____。

乙同学通过改进实验证实了假设成立。

(4)铁钉表面突然产生大量气泡的可能原因是Fe2+迅速被H2O2氧化形成氧化膜，使聚集在铁钉表面的H2脱离铁钉表面。

①实验Ⅳ证实了形成氧化膜过程中产生H+。

实验Ⅳ：______（填操作），滴入少量FeSO4溶液后，立即测定pH，pH迅速降低。

②形成氧化膜（以Fe2O3计）的离子方程式是______。

(5)实验Ⅰ中周而往复的现象与铁钉表面氧化膜的生成和溶解密切相关，从反应的速率

角度分析其原因：______。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶 未排除氧气的干扰 取与实验I初始时pH和浓度均相同的H2O2溶液于试管中 铁与磷酸反应生成氢气和Fe2+，Fe2+在铁钉表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在铁钉表面的氢气脱离：随后发生磷酸溶解氧化膜的慢反应，氧化膜覆盖铁钉表面时不产生气泡，当氧化膜溶解后，铁又与磷酸反应产生氢气

【解析】

题目是进行探究性实验，在实验I中，铁钉表面产生气泡，是因为铁与H3PO4反应生成氢气，因为溶液保持澄清，根据信息可知还生成了Fe(H2PO4)2，一段时间后再产生大量气泡，再停止，出现周而往复的现象，与实验II对比可知是H2O2发生了作用，再根据后续的探究性实验分析出现周而往复的现象的原因。

（1）根据配制一定物质的量的溶液所需要的仪器，还缺少100mL容量瓶，故答案为：100mL容量瓶；

（2）由题目信息可知，铁与H3PO4反应生成氢气和Fe(H2PO4)2，化学方程式为：；

（3）氧气在酸性条件下可以将亚铁离子氧化成成铁离子，故实验Ⅲ无法证实假设成立，故答案为：未排除氧气的干扰；

（4）①、实验Ⅳ要证实形成氧化膜过程中产生H+，根据控制变量的思想，操作为：取与实验I初始时pH和浓度均相同的H2O2溶液于试管中，滴入少量FeSO4溶液后，立即测定pH，pH迅速降低；故答案为：取与实验I初始时pH和浓度均相同的H2O2溶液于试管中；

②、亚铁离子被H2O2溶液氧化为Fe2O3，离子方程式为：；

（5）实验Ⅰ中周而往复的现象与铁钉表面氧化膜的生成和溶解密切相关，从反应的速率角度分析如下：铁与磷酸反应生成氢气和Fe2+，Fe2+在铁钉表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在铁钉表面的氢气脱离：随后发生磷酸溶解氧化膜的慢反应，氧化膜覆盖铁钉表面时不产生气泡，当氧化膜溶解后，铁又与磷酸反应产生氢气。

故答案为：铁与磷酸反应生成氢气和Fe2+，Fe2+在铁钉表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在铁钉表面的氢气脱离：随后发生磷酸溶解氧化膜的慢反应，氧化膜覆盖铁钉表面时不产生气泡，当氧化膜溶解后，铁又与磷酸反应产生氢气。