Question

鐵在冷的濃硫酸中能發生鈍化現象。某興趣小組的同學發現將一定量的鐵與濃硫酸加熱時，觀察到鐵完全溶解，并產生大量氣體。為此，他們設計了如下裝置驗證所產生的氣體。

（1）證明反應所產生的氣體中有SO₂生成的現象是                           。
（2）證明氣體中含有氫氣的實驗現象是                                       。
（3）為了進一步探究反應后A溶液中鐵元素的價態，他們進行了如下的假設：
假設1：溶液中鐵元素既有Fe³⁺也有Fe²⁺
假設2：溶液中鐵元素只有Fe³⁺
假設3：溶液中鐵元素只有________________
基于假設1，現有試劑：0.01 mol/L酸性KMnO₄溶液、稀溴水溶液、0.1 mal/L KI溶液、
淀粉溶液、KSCN溶液，蒸餾水。請探究其所得溶液。請完成表中內容。
【實驗探究】

實驗操作	預期現象	結論
取反應后的A溶液分裝在a、b兩試管，步驟①：往a試管中滴入                                      。
步驟②：往b試管中滴入                                      。		溶液含有Fe3+

 

Answer 1

（16分）（1）品紅試液變淺（或褪色） （2分）
（2）E中黑色(CuO)變成紅色，F中白色粉末(CuSO₄)變成藍色；（2分）
（3）假設3：溶液中鐵元素只有Fe²⁺ （2分）
【實驗探究】

實驗操作	預期現象	結論
取反應后的A溶液分裝在a、b兩試管，步驟①：往a試管中滴入少量（1分）0.01mol/L酸性KMnO4溶液（1分）。	KMnO4溶液的紫紅色褪去（或變淺）（2分）	溶液含有Fe2+（2分）
步驟②：往b試管中滴入幾滴（1分）KSCN溶液，充分振蕩（1分）[或幾滴（或少量）0.1mol/LKI溶液和淀粉溶液（1分）] 。	溶液變為血紅色（2分） [或溶液變為藍色（2分）]	溶液含有Fe3+

 

試題分析：（1）SO₂具有漂白性、酸性、還原性和氧化性，讀圖可知，該實驗用品紅溶液檢驗是否有SO₂生成，若品紅溶液褪色或變淺，說明裝置A中反應產生的氣體含有SO₂；（2）氫氣具有強還原性，在加熱條件下能使黑色的氧化銅還原為紅色的單質銅，H₂被氧化為能使白色的無水CuSO₄固體變藍的H₂O，若裝置E中黑色固體變為紅色，F中白色粉末變為藍色，說明裝置A中放出的氣體中含有H₂；（3）常溫下鐵被濃硫酸鈍化，表面有一層致密氧化物薄膜，加熱下強氧化性、強酸性的濃硫酸可以將鐵氧化為鐵鹽，而過量的單質鐵可以將鐵鹽還原為亞鐵鹽，因此反應后A的溶液中鐵元素可能既有Fe²⁺又有Fe³⁺，也可能只有Fe³⁺，還可能只有Fe²⁺，根據已知假設1、假設2的信息推斷假設3為溶液中鐵元素只有Fe²⁺；根據鐵及其化合物的性質可知，Fe²⁺具有還原性，能使酸性KMnO₄溶液褪色，Fe³⁺具有氧化性，能將KI溶液還原為能使淀粉溶液變藍的I₂，Fe²⁺遇KSCN溶液不變紅，而Fe³⁺遇KSCN溶液變紅，大量含有Fe³⁺的溶液呈黃色，與溴水的顏色相同，由此可以選擇適當的試劑設計實驗方案驗證A的溶液中既有Fe²⁺又有Fe³⁺。