Question

8．三草酸合鐵酸鉀晶體K₃[Fe（C₂O₄）₃]•3H₂O可用于攝影和藍色印刷；已知草酸受熱易分解產生CO₂和CO．某小組將無水三草酸合鐵酸鉀按如圖所示裝置進行實驗：

（1）若實驗中，觀察到B、E中溶液均變渾濁，則D中的現象是溶液褪色或變淺．
（2）你認為該實驗設計還需要如何改進（請至少寫出兩處）①在AB裝置之間加一個防倒吸裝置；②在C裝置后增加二氧化碳是否除凈的檢驗裝置（澄清石灰水）；③最后缺少尾氣處理裝置．
（3）該小組同學查閱資料后推知，固體產物中，鐵元素不可能以三價形式存在，而鹽只有K₂CO₃．驗證固體產物中鉀元素存在的方法是利用焰色反應，現象是透過藍色鈷玻璃，觀察到紫色的火焰．
（4）固體產物中鐵元素存在形式的探究．  ①提出合理假設：
假設1：只有Fe；    
 假設2：只有FeO；    
假設3：含有Fe和FeO．
②設計實驗方案并實驗驗證
步驟1：取適量固體產物于試管中，加入足量蒸餾水溶解，過濾分離出不溶固體．
步驟2：取少量上述不溶固體放人試管中，加入足量CuSO₄溶液，充分振蕩．若固體無明顯變化，則假設2成立；若有紅色固體生成，則反應的離子方程式為Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺．
步驟3：取步驟2所得固體于試管中，滴加過量HCl后，靜置，取上層清液，滴加適量H₂O₂，充分振蕩后滴加KSCN，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設1成立；若溶液呈淺綠色，則假設3成立．
（5）拓展與延伸
有資料介紹“在含Fe²⁺的溶液中，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，溶液呈紅色；若再滴加過量氯水，卻發(fā)現紅色褪去”．假設溶液中的+3價鐵還能被氯水氧化為更高價的FeO₄^2-，試寫出該反應的離子方程式2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

Answer 1

分析 裝置A中無水三草酸合鐵酸鉀按受熱分解，通過裝置B中澄清石灰水，檢驗二氧化碳生成，裝置C吸收二氧化碳，裝置D為高錳酸鉀溶液為強氧化劑，若實驗中，觀察到B、E中溶液均變渾濁，則D中的現象是溶液褪色或變淺，
（1）高錳酸鉀具有氧化性，其溶液為紫紅色，被還原性的物質還原溶液顏色變淺或褪色；
（2）檢驗產生的氣體中含有CO、CO₂，應該先通過澄清石灰水檢驗二氧化碳，但反應中可能導致B裝置中的液體倒吸到A加熱裝置，產物CO有毒，需尾氣處理，在C裝置后增加二氧化碳是否除凈的檢驗裝置（澄清石灰水）；
（3）鉀離子的檢驗采用焰色反應來檢驗；
（4）①依據信息：固體產物中，鐵元素不可能以三價形式存在，可推測鐵元素只能以亞鐵及鐵單質的形式存在；
②用過量硫酸銅溶液檢驗金屬鐵的存在情況；由于硫酸銅過量，鐵完全反應，利用鹽酸溶解驟2所得暗紅色固體，根據反應現象判斷鐵元素的存在形式；
（5）根據反應為鐵離子和氯氣，生成物FeO₄^2-寫出反應的離子方程式．

解答 解：（1）實驗中，觀察到B中溶液均變渾濁，說明無水三草酸合鐵酸鉀受熱分解生成二氧化碳，E中溶液均變渾濁，說明經過具有氧化性的高錳酸鉀溶液生成二氧化碳，所以還原性氣體和高錳酸鉀發(fā)生氧化還原反應，其溶液由紫紅色變淺或褪色，
故答案為：溶液褪色或變淺；
（2）檢驗產生的氣體中含有CO、CO₂，應該先通過澄清石灰水檢驗二氧化碳，但反應流程裝置中可能導致B裝置中的液體倒吸到A加熱裝置，產物CO有毒，需尾氣處理，在C裝置后增加二氧化碳是否除凈的檢驗裝置（澄清石灰水），
故答案為：在AB裝置之間加一個防倒吸裝置；在C裝置后增加二氧化碳是否除凈的檢驗裝置（澄清石灰水）；最后缺少尾氣處理裝置；
（3）可以驗證鉀離子來確定是否存在碳酸鉀，鉀離子的檢驗可以用焰色反應法，
故答案為：利用焰色反應；透過藍色鈷玻璃，觀察到紫色的火焰；
（4）①根據題意“固體產物中，鐵元素不可能以三價形式存在”，所以存在的可能是零價鐵或亞鐵，可能情況有三種：只有Fe；只有FeO；含有Fe和FeO，
故答案為：含有Fe和FeO；
②步驟2：金屬鐵不溶于水中，但是可以和硫酸銅發(fā)生置換反應，生成金屬銅和硫酸亞鐵，所以取少置上述不溶固體放入試管中，加入足量CuSO₄溶液，若藍色溶液顏色及加入的不溶固體無明顯變化，則假設2成立；若藍色溶液顏色明顯改變，且有暗紅色固體生成，則證明有鐵單質存在，發(fā)生反應的離子方程式為：Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺，
故答案為：CuSO₄；2；Fe+Cu²⁺=Cu+Fe²⁺；
步驟3：氧化亞鐵不溶于水，可以和鹽酸反應生成氯化冶鐵和水，可以檢驗亞鐵離子的存在進而確定氧化亞鐵的存在，方法為：取取步驟2所得暗紅色固體于試管中，滴加過量HCl，靜置，振蕩后靜置．若溶液基本無色，則假設1成立；若溶液呈淺綠色，則證明假設3成立，
故答案為：1；淺綠色；
（5）根據信息可知，鐵離子被氯氣氧化成FeO₄^2-，根據化合價升降相等配平，配平后的離子方程式為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-，
故答案為：2Fe³⁺+8H₂O+3Cl₂=2FeO₄^2-+16H⁺+6Cl^-．

點評 本題考查學生對元素及其化合物性質的掌握、對物質進行檢驗的實驗技能，題目難度中等，有利于提高學生運用相關知識對實驗提出假設及設計方案的能力．