Question

17．某研究小组为了探究一种无机矿物盐X（仅含Ca、Fe、C、O四种元素）的组成和性质，设计并完成了如下实验：

（1）流程图中红褐色沉淀是Fe（OH）₃，白色沉淀2是Fe（OH）₂，由白色沉淀2转化成红褐色沉淀的化学方程式为4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃．
（2）固体2的成分为FeO，写出固体2与盐酸反应的离子方程式FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O．
（3）在酸性条件下，H₂O₂能将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O．
（4）溶液3中含有金属阳离子是Fe²⁺，如何通过实验检验该离子的存在将样品溶解，先滴加硫氢化钾溶液，无现象，再加氯水，则溶液变血红色，说明含有二价铁离子．
（5）气体甲的成分是CO₂，气体甲与固体2在一定条件下可以发生氧化还原反应，写出此反应的化学方程2FeO+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Fe₂O₃+CO（或生成Fe₃O₄）．

Answer 1

分析 无机矿物盐X（仅含Ca、Fe、C、O四种元素），和HCl（aq）反应生成气体甲，因此猜测X是碳酸盐，X加热易分解且能和酸反应生成CO₂，那么甲为CO₂，固体1为金属氧化物，溶于水得到溶液1和固体2，溶液1和二氧化碳反应生成白色沉淀1，白色沉淀1和二氧化碳、水反应生成溶液2，则白色沉淀1为碳酸盐、溶液2为碳酸氢盐；
固体2和稀盐酸反应生成溶液3，且需要无氧条件，溶液3中加入碱在无氧条件下生成白色沉淀2，白色沉淀2被空气氧化生成红褐色沉淀，则白色沉淀2是Fe（OH）₂，溶液3为FeCl₂，则固体2为FeO，X仅含4种元素，碳酸盐分解生成二氧化碳气体和两种氧化物，其中一种氧化物能溶于水，结合地壳的成分猜测固体1中成分为CaO、FeO，对应地，X应为CaFe（CO₃）₂，那么溶液1是Ca（OH）₂，白色沉淀1是CaCO₃，溶液2是Ca（HCO₃）₂，再结合题目分析解答．

解答 解：无机矿物盐X（仅含Ca、Fe、C、O四种元素），和HCl（aq）反应生成气体甲，因此猜测X是碳酸盐，X加热易分解且能和酸反应生成CO₂，那么甲为CO₂，固体1为金属氧化物，溶于水得到溶液1和固体2，溶液1和二氧化碳反应生成白色沉淀1，白色沉淀1和二氧化碳、水反应生成溶液2，则白色沉淀1为碳酸盐、溶液2为碳酸氢盐；
固体2和稀盐酸反应生成溶液3，且需要无氧条件，溶液3中加入碱在无氧条件下生成白色沉淀2，白色沉淀2被空气氧化生成红褐色沉淀，则白色沉淀2是Fe（OH）₂，溶液3为FeCl₂，则固体2为FeO，X仅含4种元素，碳酸盐分解生成二氧化碳气体和两种氧化物，其中一种氧化物能溶于水，结合地壳的成分猜测固体1中成分为CaO、FeO，对应地，X应为CaFe（CO₃）₂，那么溶液1是Ca（OH）₂，白色沉淀1是CaCO₃，溶液2是Ca（HCO₃）₂，（1）通过以上分析知，红褐色沉淀是Fe（OH）₃，白色沉淀2是Fe（OH）₂，氢氧化亚铁不稳定，易被空气氧化生成红褐色氢氧化铁，所以白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀，反应方程式为4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃；
故答案为：Fe（OH）₃；Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂=4Fe（OH）₃；
（2）固体2的成分为FeO，FeO与盐酸反应的离子方程式FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O，故答案为：FeO+2H⁺=Fe²⁺+H₂O；
（3）在酸性条件下，H₂O₂能将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，反应的离子方程式为2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，故答案为：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；
（4）根据以上分析，溶液3为FeCl₂溶液，含有金属阳离子是Fe²⁺，检验含有二价铁，可将样品溶解，先滴加硫氢化钾溶液，无现象，再加氯水，则溶液变血红色，说明含有二价铁；故答案为：Fe²⁺；将样品溶解，先滴加硫氢化钾溶液，无现象，再加氯水，则溶液变血红色，说明含有二价铁离子；
（5）根据以上分析，气体甲的成分是CO₂，固体2为FeO，气体甲与固体2在一定条件下可以发生氧化还原反应，氧化亚铁具有还原性，能被二氧化碳氧化生成四氧化三铁或氧化铁，同时生成CO，反应方程式为2FeO+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Fe₂O₃+CO（或生成Fe₃O₄），故答案为：CO₂；2FeO+CO₂$\frac{\underline{\;一定条件\;}}{\;}$Fe₂O₃+CO（或生成Fe₃O₄）．

点评 本题考查了无机物推断，涉及物质结构、物质的性质、离子的检验等知识点，熟悉元素化合物的性质是解本题关键，知道流程图中每一步发生的反应及反应现象，题目难度中等．