Question

某化学兴趣小组在实验室对某固体催化剂（可能含有FeO、Fe₂O₃中的一种或两种）中铁元素的价态进行探究（已知：Fe²⁺能使高锰酸钾的酸性溶液褪色，反应式为：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
（1）将该固体催化剂在稀硫酸中溶解，请写出这两种氧化物与稀硫酸反应的离子方程式：

 

、

 

．
（2）请完成对铁元素价态的探究：
限选实验仪器与试剂：烧杯、试管、玻璃棒、药匙、滴管、酒精灯、试管夹；
3mol?L^-1H₂SO₄，3% H₂O₂、6mol?L^-1HNO₃、饱和氯水、0.01mol?L^-1KmnO₄、0.1mol?L^-1KI、20% KSCN溶液、蒸馏水．
①提出合理假设
假设1：

 

；
假设2：

 

；
假设3：催化剂中铁元素的价态既有+3价又有+2价．
①设计实验方案证明你的假设（不要在答题卡上作答）
②实验过程
根据②的实验方案，进行实验．请在答题卡上按下表格式写出实验操作步骤、预期现象与结论．

实验操作	预期现象与结论
步骤1：将适量稀H2SO4加入少许样品于试管中，加热溶解；然后将所得溶液分置 于A、B试管中．	溶液呈黄绿色，说明溶液中含Fe2+或Fe3+．
步骤2：
步骤3：
…

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验设计题

分析：（1）氧化亚铁和氧化铁都是碱性氧化物，可以和稀硫酸之间反应得到对应的盐和水，据此书写离子方程式；
（2）①根据铁的氧化物中铁的存在价态+2、+3价来解答；
②+2价铁具有还原性，易被氧化，选用KMnO₄溶液检验，若KMnO₄溶液的紫红色褪去为无色溶液，则说明催化剂中铁元素的价态含+2价，反之则不含；Fe³⁺遇KSCN溶液呈血红色，选用KSCN溶液检验+3价的铁，结合上述若KMnO₄溶液的紫红色褪去为无色溶液，若溶液变为血红色，则说明催化剂中铁元素的价态含+3价，反之则不含，据此回答判断．

解答： 解：（1）氧化亚铁和氧化铁都是碱性氧化物，可以和稀硫酸之间反应得到对应的盐和水，实质是：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案为：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）①铁的氧化物中铁的存在价态有+2、+3价，所以，催化剂中铁元素的价态有三种情况：价态全部为+3价；价态全部为+2价；价态为+3价、+2价．
故答案为：催化剂中铁元素的价态全部为+3价；催化剂中铁元素的价态全部为+2价．
②为探究铁元素的价态，先将铁的氧化物用酸溶解，+2价铁具有还原性，易被氧化，选用KMnO₄溶液检验，
若KMnO₄溶液的紫红色褪去为无色溶液，则说明催化剂中铁元素的价态含+2价，假设2或3成立，若不褪色，则说明催化剂中铁元素的价态不含+2价，则假设1成立．
Fe³⁺遇KSCN溶液呈血红色，选用KSCN溶液检验+3价的铁，若溶液变为血红色，则说明催化剂中铁元素的价态含+3价，则假设1或3成立，若溶液无明显变化，则说明催化剂中铁元素的价态不含+3价，只含+2价，则假设2成立．
故答案为：

实验操作	预期现象与结论
步骤2：在A试管中滴加几滴0.01 mol?L-1KmnO4溶液．	若紫红色褪去，证明有Fe2+，假设2或假设3成立．
步骤3：在B试管中滴加几滴KSCN溶液．	若溶液变为血红色，说明有Fe3+，假设1或假设3成立（即既含有二价铁，又含有三价铁）；若步骤2、步骤3均有现象，则假设3成立．

．

点评：本题以铁及其化合物为载体，综合考查学生的实验能力、分析问题能力、和解决问题能力，难度较大，熟练掌握物质的性质是解题的关键．