题目内容
在众多的化学反应现象中，化学振荡现象最为令人惊奇，化学振荡实验很多，其中酸与铁丝的反应就是其中一例．某合作小组的同学查阅文献资料后，拟做铁丝与酸的化学振荡实验并进行探究．实验步骤：
①将2cm左右的铁丝夹成多段，放在培养皿中，先用热的碳酸钠溶液除去铁丝表面的油污，蒸馏水冲洗后，再用某种试剂X浸泡到有大量气泡时取出，用蒸馏水冲洗干净．
②在细口瓶中加入30mL1.0mol/L的H3PO4、3mL30%的H2O2溶液，将处理后的铁丝放入其中．
③观察现象：铁丝表面产生气泡，随后消失，再产生气泡，再消失的周而往复的化学振荡现象出现，振荡周期约20秒，可维持数小时．
试回答下列问题：
（1）步骤①中，用试剂X可除去铁钉表面的铁的氧化物或镀层，所用的试剂X可能是
（2）对振荡中产生的气体的成分，甲、乙两同学分别提出了假设，丙同学进行了验证．
甲同学认为是H2，其可能的理由是：
乙同学认为是O2，其可能的理由是：
丙同学在细口瓶中插入数据采集器氧气传感器，密封进行实验一小时，结果发现瓶中氧气的百分含量呈现逐渐减小的趋势，从而证明产生的气体是
（3）丁同学猜想酸与铁丝振荡体系中的反应机理及过程：
（a） Fe+2H+→Fe2++H2 （b）2Fe2++H2O2+H2O→Fe2O3+4H+
（c）Fe2O3+6H+→2Fe3++3H2O （d）2Fe3++H2→2Fe2++2H+，依据过程：
（a）→（b）→（c）→（d）→（a）…周而复始．
依据此机理，四步反应总的反应方程式为：
（4）戊同学对本次实验中的所用铁钉中单质铁的含量进行测定，他们先配制一定物质的量浓度的硫酸，然后将一定质量的铁与硫酸（加入适量的铜粉）充分反应，并收集产生的气体，有关数据如下表：
| ① | ② | ③ | |
| 硫酸溶液体积/mL | 50 | 50 | 50 |
| 称取铁钉质量/g | 5.0 | 6.0 | 7.0 |
| 再投入铜粉质量/g | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
| 标准状况下的体积/L | 1.97 | 2.24 | 2.24 |
分析：（1）铁钉表面的铁的氧化物或镀层可以与酸反应，所以，要除去氧化物或镀就可以选择盐酸；
（2）在H3PO4、H2O2溶液中加入铁丝后，可能发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑和2H2O2═2H2O+O2↑，所出现的气体就有可能是H2或O2，根据氧气的百分含量呈现逐渐减小的趋势，可知产生的气体应当是氢气；
（3）依据题中所提供的实验操作可以看出参加反应的物质有Fe、H2O2及酸，根据题中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反应中部分铁与酸反应产生Fe2+和H2，Fe2+和被H2O2氧化成Fe2O3，Fe2O3在酸性条件下将前面产生的H2氧化成掉，自身被还原为Fe2+，所以四步反应总反应的产物为Fe2+和H2O，据再配平，即可写出总反应方程式；
（4）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．
（2）在H3PO4、H2O2溶液中加入铁丝后，可能发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑和2H2O2═2H2O+O2↑，所出现的气体就有可能是H2或O2，根据氧气的百分含量呈现逐渐减小的趋势，可知产生的气体应当是氢气；
（3）依据题中所提供的实验操作可以看出参加反应的物质有Fe、H2O2及酸，根据题中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反应中部分铁与酸反应产生Fe2+和H2，Fe2+和被H2O2氧化成Fe2O3，Fe2O3在酸性条件下将前面产生的H2氧化成掉，自身被还原为Fe2+，所以四步反应总反应的产物为Fe2+和H2O，据再配平，即可写出总反应方程式；
（4）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．
解答：解：（1）铁钉表面的铁的氧化物或镀层可以与酸反应，所以，要除去氧化物或镀就可以选择盐酸，故答案为：B；
（2）在H3PO4、H2O2溶液中加入铁丝后，可能发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑和2H2O2═2H2O+O2↑，所出现的气体就有可能是H2或O2，根据氧气的百分含量呈现逐渐减小的趋势，可知产生的气体应当是氢气，
故答案为：铁丝能与磷酸反应产生氢气；过氧化氢分解可产生氧气；氢气；
（3）依据题中所提供的实验操作可以看出参加反应的物质有Fe、H2O2及酸，根据题中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反应中部分铁与酸反应产生Fe2+和H2，Fe2+和被H2O2氧化成Fe2O3，Fe2O3在酸性条件下将前面产生的H2氧化成掉，自身被还原为Fe2+，所以四步反应总反应的产物为Fe2+和H2O，据再配平，即可写出总反应方程式为：2Fe+H2O2+4H+=2Fe2++2H2O，故答案为：2Fe+H2O2+4H+=2Fe2++2H2O；
（4）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．
设50ml溶液中硫酸的物质的量为xmol．5g铁钉中铁的质量为yg．
Fe+H2SO4 ═FeSO4 +H2↑
1mol 1mol
xmol
=0.1mol
=
x=0.1
稀硫酸的物质的量浓度=
=2mol/L
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
56g 1mol
yg
=0.088mol
=
y=4.925
单质铁的质量分数=
×100%=98.5%
即稀硫酸的物质的量浓度为2mol/L，铁钉中单质铁的质量分数为98.5%．
故答案为：2；98.5%．
（2）在H3PO4、H2O2溶液中加入铁丝后，可能发生反应Fe+2H+=Fe2++H2↑和2H2O2═2H2O+O2↑，所出现的气体就有可能是H2或O2，根据氧气的百分含量呈现逐渐减小的趋势，可知产生的气体应当是氢气，
故答案为：铁丝能与磷酸反应产生氢气；过氧化氢分解可产生氧气；氢气；
（3）依据题中所提供的实验操作可以看出参加反应的物质有Fe、H2O2及酸，根据题中信息（a）、（b）、（c）、（d）可知，在反应中部分铁与酸反应产生Fe2+和H2，Fe2+和被H2O2氧化成Fe2O3，Fe2O3在酸性条件下将前面产生的H2氧化成掉，自身被还原为Fe2+，所以四步反应总反应的产物为Fe2+和H2O，据再配平，即可写出总反应方程式为：2Fe+H2O2+4H+=2Fe2++2H2O，故答案为：2Fe+H2O2+4H+=2Fe2++2H2O；
（4）将题中表格所提供的三组数据进行比较分析，可以看出②和③中铁的量在①的基础增加了，但产生的氢气没有增加，说明酸不足，铁过量，即①中酸过量，铁钉完全溶解，所以硫酸的物质的量浓度可以根据②或③中的有关数据进行计算，参加反应的铁则用①中的数据进行计算．
设50ml溶液中硫酸的物质的量为xmol．5g铁钉中铁的质量为yg．
Fe+H2SO4 ═FeSO4 +H2↑
1mol 1mol
xmol
| 2.24 |
| 22.4 |
| 2.24L |
| 22.4L/mol |
| 1m0l |
| xmol |
| 1mol |
| 0.1mol |
x=0.1
稀硫酸的物质的量浓度=
| 0.1mol |
| 0.05L |
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
56g 1mol
yg
| 1.97L |
| 22.4L/mol |
| 56 |
| y |
| 1 |
| 0.088 |
y=4.925
单质铁的质量分数=
| 4.925 |
| 5.0 |
即稀硫酸的物质的量浓度为2mol/L，铁钉中单质铁的质量分数为98.5%．
故答案为：2；98.5%．
点评：本题运用元素化合物知识的基础上考查了学生综合分析实验和计算的能力，对学生分析实验的能力要求较高，有较大难度，计算较为简单．
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