Question

某催化劑為鐵的氧化物，一化學興趣小組在實驗室里對該催化劑中鐵元素的價態進行探究：查閱有關資料得知Fe²⁺能被酸性KMnO₄溶液氧化而使酸性KMnO₄溶液褪色；HNO₃具有強氧化性。請完成對鐵元素價態的探究：
①提出合理假設。
假設1：催化劑中鐵元素為+3價；
假設2：催化劑中鐵元素為+2價；
（1）假設3：                                              。
②設計實驗方案。
③根據②的實驗方案進行實驗：
（2）步驟1：取一定量的稀硫酸于試管中，加熱煮沸數分鐘，目的是                 
                ；
步驟2：取少量樣品于試管中，加入處理過的硫酸并加熱，得到A溶液；
（3）步驟3：取A溶液于試管，滴加KSCN溶液，振蕩，若不出現血紅色，則假設       成立；若出現血紅色，則假設               成立；
（4）步驟4：另取A溶液于試管，加入KMnO₄溶液，振蕩，結合步驟3中的結論，若出現
                              現象，則假設1成立；反之，則假設3成立。
（5）某同學將步驟2中的稀硫酸改成稀硝酸得到了A溶液，向A溶液中滴加KSCN溶液后出現血紅色，由此得出該催化劑中鐵元素為+3價的結論，該結論是否合理?       （填“是”或“否”），理由是                                                       。

Answer 1

（9分）（1）催化劑中鐵元素既有+3價又有+2價（2分）；
（2）除去硫酸中溶解的氧氣（1分）；
（3）2（1分）；  1或3（1分）； （4）高錳酸鉀溶液不褪色（1分）；
（5）否（1分）； 加入硝酸會將Fe²⁺氧化成Fe³⁺（2分）

試題分析：（1）根據所給的假設1和2可知，假設3應該是催化劑中鐵元素既有+3價又有+2價。
（2）由于氧氣也具有氧化性，能氧化亞鐵離子，所以加熱煮沸數分鐘的目的是除去硫酸中溶解的氧氣。
（3）由于鐵離子能和KSCN溶液反應顯紅色，所以若不出現血紅色，則假設2成立。若出現血紅色，則假設1或3成立。
（4）亞鐵離子具有還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而褪色，所以如果出現高錳酸鉀溶液不褪色現象，則假設1成立；反之，則假設3成立。
（5）由于硝酸具有氧化性，則加入硝酸會將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，從而導致實驗結論不準確。
點評：該題是中等難度的試題，也是高考中的常見題型，側重對學生實驗能力的培養，有利于激發學生的學習興趣和學習積極性。該類試題綜合性強，理論和實踐的聯系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結論。