Question

15．草酸亚铁晶体（FeC₂O₄•2H₂O）呈淡黄色．某课题组为探究草酸亚铁晶体的化学性质，进行了一系列实验探究．
（1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到有二氧化碳气体生成．这说明草酸亚铁晶体具有还原性（填“氧化性”、“还原性”或“碱性”）．若反应中消耗1mol FeC₂O₄•2H₂O，则参加反应的KMnO₄为0.6mol．
（2）资料表明：在密闭容器中加热到一定温度时，草酸亚铁晶体可完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体．课题组根据课本上所介绍的铁的氧化物的性质，对黑色固体的组成提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：全部是FeO；
假设二：全部是Fe₃O₄；
假设三：是FeO和Fe₃O₄的混合物．
（3）为验证上述假设一是否成立，课题组进行如下研究．
【定性研究】请你完成下面的内容：
实验步骤（不要求写出具体操作过程）预期实验现象和结论取少量黑色固体，加入适量稀盐酸或稀硫酸，在溶液中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，则假设一成立，溶液变成红色，则假设一不成立
【定量研究】课题组在文献中查阅到，FeC₂O₄•2H₂O受热分解时，固体质量随温度变化的曲线  如图所示：

写出加热到400℃时，FeC₂O₄．2H₂O晶体受热分解的化学方程式为：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑．

Answer 1

分析 （1）向盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到CO₂生成．说明草酸亚铁被氧化为铁离子、二氧化碳气体，草酸亚铁具有还原性，依据电子守恒计算得到消耗的高锰酸钾物质的量；
（2）草酸亚铁晶体可完全分解，生成几种氧化物，残留物为黑色固体可能为氧化亚铁或四氧化三铁，分析判断；
（3）【定性研究】氧化亚铁溶解于盐酸生成氯化亚铁溶液，加入KSCN溶液，若溶液不变红证明假设一正确；
【定量研究】根据图中提供的信息，通过计算可以判断反应的化学方程式和物质的化学式．

解答 解：（1）盛有草酸亚铁晶体的试管中滴入几滴硫酸酸化的KMnO₄溶液，振荡，发现溶液颜色逐渐变为棕黄色，并检测到有二氧化碳气体生成，草酸亚铁被氧化为铁离子和二氧化碳，说明草酸亚铁具有还原性；根据氧化还原反应得失电子数相等、原子守恒、电荷守恒可写出化学方程式，化学方程式为5Fe²⁺+5C₂O₄^2-+3MnO₄^-+24H⁺=5Fe³⁺+10 CO₂↑+3Mn²⁺+12H₂O，反应中消耗1 mol FeC₂O₄•2H₂O，则参加反应的KMnO₄为0.6mol，
故答案为：还原性；0.6；
（2）草酸亚铁加热分解生成几种氧化物，残留物为黑色固体，故可能为FeO和Fe₃O₄中的一种或几种，故假设二为Fe₃O₄，假设三为FeO和Fe₃O₄，
故答案为：全部是Fe₃O₄；是FeO和Fe₃O₄的混合物；
（3）【定性研究】为了验证假设一成不成立，由于假设一为只有氧化亚铁，所以只需要检验残余固体中是否含有三价铁离子即可，操作为取少量黑色固体，加适量盐酸或稀硫酸溶解后，再向溶液中加几滴KSCN溶液，看是否出现血红色，如果不出现血红色则假设一成立，出现血红色则假设一不成立，
故答案为：加入适量稀盐酸或稀硫酸，在溶液中加入硫氰化钾溶液，溶液不变红色，则假设一成立，溶液变成红色，则假设一不成立；
【定量研究】从图象上可以看出加热分解的FeC₂O₄•2H₂O的质量为1g，从开始到A点样品的质量变为0.8g，减少了0.2g，又经计算草酸晶体中水的质量分数为20%，可得到该温度范围内发生的反应是：草酸亚铁晶体加热失去结晶水，A点的温度为300℃；从A到B质量从0.8g降低到0.4g，根据（2）中的猜想和计算可得：1g草酸亚铁晶体分解生成的物质如果为氧化亚铁的话，刚好能够得到0.4g氧化亚铁；从B到C剩余固体的质量又呈现增大的趋势，此时应该是400℃以前得到的氧化亚铁被氧化为四氧化三铁了；经上述分析，400℃时一定反应生成氧化亚铁和二氧化碳，铁元素化合价未发生变化，碳的化合价升高，发生了氧化反应，氧化反应和还原反应应该是同时发生的，所以碳一定还有化合价降低生成+2价的CO，反应的化学返程式为：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑，
故答案为：FeC₂O₄•2H₂O═FeO+CO₂↑+CO↑+2H₂O↑．

点评 本题考查了探究物质组成与含量的方法，题目难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．