Question

8．三草酸合铁酸钾晶体K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于摄影和蓝色印刷；已知草酸受热易分解产生CO₂和CO．某小组将无水三草酸合铁酸钾按如图所示装置进行实验：

（1）若实验中，观察到B、E中溶液均变浑浊，则D中的现象是溶液褪色或变浅．
（2）你认为该实验设计还需要如何改进（请至少写出两处）①在AB装置之间加一个防倒吸装置；②在C装置后增加二氧化碳是否除净的检验装置（澄清石灰水）；③最后缺少尾气处理装置．
（3）该小组同学查阅资料后推知，固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，而盐只有K₂CO₃．验证固体产物中钾元素存在的方法是利用焰色反应，现象是透过蓝色钴玻璃，观察到紫色的火焰．
（4）固体产物中铁元素存在形式的探究．  ①提出合理假设：
假设1：只有Fe；    
 假设2：只有FeO；    
假设3：含有Fe和FeO．
②设计实验方案并实验验证
步骤1：取适量固体产物于试管中，加入足量蒸馏水溶解，过滤分离出不溶固体．
步骤2：取少量上述不溶固体放人试管中，加入足量CuSO₄溶液，充分振荡．若固体无明显变化，则假设2成立；若有红色固体生成，则反应的离子方程式为Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺．
步骤3：取步骤2所得固体于试管中，滴加过量HCl后，静置，取上层清液，滴加适量H₂O₂，充分振荡后滴加KSCN，振荡后静置．若溶液基本无色，则假设1成立；若溶液呈浅绿色，则假设3成立．
（5）拓展与延伸
有资料介绍“在含Fe²⁺的溶液中，先滴加少量新制饱和氯水，然后滴加KSCN溶液，溶液呈红色；若再滴加过量氯水，却发现红色褪去”．假设溶液中的+3价铁还能被氯水氧化为更高价的FeO₄^2-，试写出该反应的离子方程式2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

Answer 1

分析 装置A中无水三草酸合铁酸钾按受热分解，通过装置B中澄清石灰水，检验二氧化碳生成，装置C吸收二氧化碳，装置D为高锰酸钾溶液为强氧化剂，若实验中，观察到B、E中溶液均变浑浊，则D中的现象是溶液褪色或变浅，
（1）高锰酸钾具有氧化性，其溶液为紫红色，被还原性的物质还原溶液颜色变浅或褪色；
（2）检验产生的气体中含有CO、CO₂，应该先通过澄清石灰水检验二氧化碳，但反应中可能导致B装置中的液体倒吸到A加热装置，产物CO有毒，需尾气处理，在C装置后增加二氧化碳是否除净的检验装置（澄清石灰水）；
（3）钾离子的检验采用焰色反应来检验；
（4）①依据信息：固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在，可推测铁元素只能以亚铁及铁单质的形式存在；
②用过量硫酸铜溶液检验金属铁的存在情况；由于硫酸铜过量，铁完全反应，利用盐酸溶解骤2所得暗红色固体，根据反应现象判断铁元素的存在形式；
（5）根据反应为铁离子和氯气，生成物FeO₄^2-写出反应的离子方程式．

解答 解：（1）实验中，观察到B中溶液均变浑浊，说明无水三草酸合铁酸钾受热分解生成二氧化碳，E中溶液均变浑浊，说明经过具有氧化性的高锰酸钾溶液生成二氧化碳，所以还原性气体和高锰酸钾发生氧化还原反应，其溶液由紫红色变浅或褪色，
故答案为：溶液褪色或变浅；
（2）检验产生的气体中含有CO、CO₂，应该先通过澄清石灰水检验二氧化碳，但反应流程装置中可能导致B装置中的液体倒吸到A加热装置，产物CO有毒，需尾气处理，在C装置后增加二氧化碳是否除净的检验装置（澄清石灰水），
故答案为：在AB装置之间加一个防倒吸装置；在C装置后增加二氧化碳是否除净的检验装置（澄清石灰水）；最后缺少尾气处理装置；
（3）可以验证钾离子来确定是否存在碳酸钾，钾离子的检验可以用焰色反应法，
故答案为：利用焰色反应；透过蓝色钴玻璃，观察到紫色的火焰；
（4）①根据题意“固体产物中，铁元素不可能以三价形式存在”，所以存在的可能是零价铁或亚铁，可能情况有三种：只有Fe；只有FeO；含有Fe和FeO，
故答案为：含有Fe和FeO；
②步骤2：金属铁不溶于水中，但是可以和硫酸铜发生置换反应，生成金属铜和硫酸亚铁，所以取少置上述不溶固体放入试管中，加入足量CuSO₄溶液，若蓝色溶液颜色及加入的不溶固体无明显变化，则假设2成立；若蓝色溶液颜色明显改变，且有暗红色固体生成，则证明有铁单质存在，发生反应的离子方程式为：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，
故答案为：CuSO₄；2；Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；
步骤3：氧化亚铁不溶于水，可以和盐酸反应生成氯化冶铁和水，可以检验亚铁离子的存在进而确定氧化亚铁的存在，方法为：取取步骤2所得暗红色固体于试管中，滴加过量HCl，静置，振荡后静置．若溶液基本无色，则假设1成立；若溶液呈浅绿色，则证明假设3成立，
故答案为：1；浅绿色；
（5）根据信息可知，铁离子被氯气氧化成FeO₄^2-，根据化合价升降相等配平，配平后的离子方程式为：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-，
故答案为：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

点评 本题考查学生对元素及其化合物性质的掌握、对物质进行检验的实验技能，题目难度中等，有利于提高学生运用相关知识对实验提出假设及设计方案的能力．