Question

某化學興趣小組在實驗室對某固體催化劑（可能含有FeO、Fe₂O₃中的一種或兩種）中鐵元素的價態(tài)進行探究（已知：Fe²⁺能使高錳酸鉀的酸性溶液褪色，反應式為：5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺═5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O）．
（1）將該固體催化劑在稀硫酸中溶解，請寫出這兩種氧化物與稀硫酸反應的離子方程式：

 

、

 

．
（2）請完成對鐵元素價態(tài)的探究：
限選實驗儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾；
3mol?L^-1H₂SO₄，3% H₂O₂、6mol?L^-1HNO₃、飽和氯水、0.01mol?L^-1KmnO₄、0.1mol?L^-1KI、20% KSCN溶液、蒸餾水．
①提出合理假設
假設1：

 

；
假設2：

 

；
假設3：催化劑中鐵元素的價態(tài)既有+3價又有+2價．
①設計實驗方案證明你的假設（不要在答題卡上作答）
②實驗過程
根據(jù)②的實驗方案，進行實驗．請在答題卡上按下表格式寫出實驗操作步驟、預期現(xiàn)象與結論．

實驗操作	預期現(xiàn)象與結論
步驟1：將適量稀H2SO4加入少許樣品于試管中，加熱溶解；然后將所得溶液分置 于A、B試管中．	溶液呈黃綠色，說明溶液中含F(xiàn)e2+或Fe3+．
步驟2：
步驟3：
…

Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計,探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實驗設計題

分析：（1）氧化亞鐵和氧化鐵都是堿性氧化物，可以和稀硫酸之間反應得到對應的鹽和水，據(jù)此書寫離子方程式；
（2）①根據(jù)鐵的氧化物中鐵的存在價態(tài)+2、+3價來解答；
②+2價鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗，若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+2價，反之則不含；Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵，結合上述若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+3價，反之則不含，據(jù)此回答判斷．

解答： 解：（1）氧化亞鐵和氧化鐵都是堿性氧化物，可以和稀硫酸之間反應得到對應的鹽和水，實質(zhì)是：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，
故答案為：FeO+2H⁺═Fe²⁺+H₂O；Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；
（2）①鐵的氧化物中鐵的存在價態(tài)有+2、+3價，所以，催化劑中鐵元素的價態(tài)有三種情況：價態(tài)全部為+3價；價態(tài)全部為+2價；價態(tài)為+3價、+2價．
故答案為：催化劑中鐵元素的價態(tài)全部為+3價；催化劑中鐵元素的價態(tài)全部為+2價．
②為探究鐵元素的價態(tài)，先將鐵的氧化物用酸溶解，+2價鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗，
若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+2價，假設2或3成立，若不褪色，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)不含+2價，則假設1成立．
Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵，若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+3價，則假設1或3成立，若溶液無明顯變化，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)不含+3價，只含+2價，則假設2成立．
故答案為：

實驗操作	預期現(xiàn)象與結論
步驟2：在A試管中滴加幾滴0.01 mol?L-1KmnO4溶液．	若紫紅色褪去，證明有Fe2+，假設2或假設3成立．
步驟3：在B試管中滴加幾滴KSCN溶液．	若溶液變?yōu)檠�紅色，說明有Fe3+，假設1或假設3成立（即既含有二價鐵，又含有三價鐵）；若步驟2、步驟3均有現(xiàn)象，則假設3成立．

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點評：本題以鐵及其化合物為載體，綜合考查學生的實驗能力、分析問題能力、和解決問題能力，難度較大，熟練掌握物質(zhì)的性質(zhì)是解題的關鍵．