Question

草酸亞鐵（FeC₂O₄?2H₂O）用作分析試劑及顯影劑和新型電池材料磷酸亞鐵鋰的生產。已知：CO能與氯化鈀（PdCl₂）溶液反應生成黑色的鈀粉。回答下列問題：
I．興趣小組對草酸亞鐵的分解產物進行實驗和探究。
（1）將氣體產物依次通過A、澄清石灰水，B、氯化鈀，觀察到A中澄清石灰水都變渾濁，B中出現黑色物質生成，則上述現象說明氣體產物中有                       。
（2）探究分解得到的固體產物中鐵元素的存在形式。     
①提出假設
假設1：________； 假設2：FeO； 假設3：FeO和Fe混合物
②設計實驗方案證明假設3。
限選試劑：  1.0 mol?L^－1鹽酸、3% H₂O₂、0.1 mol?L^－1CuSO₄、20% KSCN、蒸餾水。

實驗步驟	現象與結論
步驟1 ：向試管中加入少量固體產物，再加入足量_________________，充分振蕩	若溶液顏色明顯改變，且有_______生成，則證明有鐵單質存在
步驟2： 將步驟1中得到的濁液過濾，并用蒸餾水洗滌至洗滌液無色
步驟3：取步驟2得到的少量固體與試管中， 滴加___________________________________ _______________________________________	__________________________________ ___________________________________

 
II．某草酸亞鐵樣品中含有少量草酸（為方便于計算，草酸亞鐵中草酸根和草酸分子均用C₂O₄^2－代替）。現用滴定法測定該樣品中FeC₂O₄的含量。滴定反應分別是：5Fe²⁺+MnO₄^－+8H⁺=5Fe³⁺ +Mn²⁺+4H₂O、5C₂O₄^2－+2MnO₄^－+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O。
（3）實驗方案設計為：
①將準確稱量的0.20g草酸亞鐵樣品置于250 mL錐形瓶內，加入適量2 mol/L的H₂SO₄溶液，使樣品溶解，加熱至70℃左右，立即用濃度為0.02000 mol/L的高錳酸鉀標準溶液滴定至終點，記錄數據。重復滴定2次。平均消耗V₁ mL。
②向上述滴定混合液中加入適量的Zn粉和過量的2 mol/L的H₂SO₄溶液，煮沸5～8min，用KSCN溶液在點滴板上檢驗點滴液，直至溶液不立刻變紅。將濾液過濾至另一個錐形瓶中，繼續用0.02000 mol/L的高錳酸鉀標準溶液滴定至終點，記錄數據。重復滴定2次。平均消耗V₂ mL。
③若某小組的一次測定數據記錄如下： V₁= 18.90mL，V₂=6.20mL。根據數據計算0.20g樣品中：n（Fe²⁺）=      ； n（C₂O₄^2－）=    ；FeC₂O₄的質量分數為               （精確到0.01%，FeC₂O₄的式量為144）

Answer 1

（16分）I．（1）CO₂、CO (2分)   （2）① Fe (2分)  
②

實驗步驟	現象與結論
步驟1：硫酸銅溶液(1分)	暗紅色固體(1分)
步驟3：過量HCl，靜置，取上層清液，滴加適量H2O2，充分振蕩后滴加KSCN (2分)	若溶液呈血紅色，則證明有FeO (2分)

 
II．（3）n(Fe²⁺)=0.0006200mol    n(C₂O₄^2－)=0.0006350mol   FeC₂O₄的質量分數為44.64%(每空2分，共6分)

解析試題分析：（1）根據草酸亞鐵的組成及澄清石灰水變渾濁的現象推斷，氣體產物含有二氧化碳，根據已知信息及氯化鈀溶液中出現黑色物質的現象推斷，氣體產物還有一氧化碳；（2）根據已知兩種假設推斷，假設1為Fe；根據金屬活動順序表中鐵位于銅前面，單質鐵與過量硫酸銅溶液能發生置換反應，能夠析出紅色固體，且除去鐵單質，防止鐵單質對氧化亞鐵的檢驗造成干擾，因此可以選擇稀硫酸銅溶液檢驗固體產物是否含有單質鐵；氧化亞鐵是堿性氧化物，不溶于硫酸銅溶液，根據堿性氧化物能溶于鹽酸，生成的亞鐵離子在酸性條件下易被雙氧水氧化為鐵離子，鐵離子遇KSCN溶液變紅，由此可以檢驗固體產物中的氧化亞鐵；（3）由于步驟①②中先后發生的反應分別為5Fe²⁺+5C₂O₄^2－+3MnO₄^－+24H⁺=5Fe³⁺+10CO₂↑+3Mn²⁺+12H₂O、2Fe³⁺ +Zn=2Fe²⁺ +Zn²⁺、5Fe²⁺ +MnO₄^－+8H⁺=5Fe³⁺ +Mn²⁺+4H₂O，其中鐵元素守恒，因此根據步驟②可以計算出被高錳酸鉀氧化的亞鐵離子的物質的量，這也是樣品中亞鐵離子的物質的量；先用c?V=n求高錳酸鉀或高錳酸根離子的物質的量，則n(MnO₄^－)=0.02000mol/L×6.20×10^—3L；再由5Fe²⁺ +MnO₄^－+8H⁺=5Fe³⁺ +Mn²⁺+4H₂O中亞鐵離子與高錳酸根離子的系數之比等于物質的量之比求n(Fe²⁺)=0.02000mol/L×6.20×10^{—3L×5=6.200×10—4}mol，保留四位有效數字；由于步驟①反應為5Fe²⁺+MnO₄^－+8H⁺=5Fe³⁺ +Mn²⁺+4H₂O、5C₂O₄^2－+2MnO₄^－+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O，先用c?V=n求兩反應中消耗高錳酸鉀或高錳酸根離子總的物質的量，則n(MnO₄^－)=0.02000mol/L×18.90×10^—3L；再根據高錳酸根離子總的物質的量—前反應中消耗高錳酸根離子的物質的量求后反應消耗高錳酸根離子的物質的量，即0.02000mol/L×18.90×10^{—3L—0.02000mol/L×6.20×10—3L=0.02000mol/L×12.70×10—3L}；接著根據5C₂O₄^2－+2MnO₄^－+16H⁺=10CO₂↑+2Mn²⁺+8H₂O中草酸根離子與高錳酸根離子的系數之比等于物質的量之比求n(C₂O₄^2－)= 0.02000mol/L×12.70×10^{—3L×5/2=6.350×10—4}mol，保留四位有效數字；然后根據鐵守恒關系式FeC₂O₄～Fe²⁺中草酸亞鐵與亞鐵離子的系數之比等于物質的量之比，求n(FeC₂O₄)= 6.200×10^—4mol，由于草酸亞鐵的式量為144，根據n?M=m求草酸亞鐵的質量，即m(FeC₂O₄)= 6.200×10^—4mol×144g/mol= 8.928×10^—2g；最后，根據草酸亞鐵的質量除以樣品的質量求樣品中草酸亞鐵的質量分數，即FeC₂O₄的質量分數= 8.928×10^{—2g /0.2g×100%=44.64%}，保留四位有效數字。
考點：考查化學實驗方案的設計與評價，涉及氣體產物成分的推斷、提出固體產物成分的合理假設、設計方案檢驗固體產物中的鐵和氧化亞鐵、氧化還原滴定原理、物質的量濃度與物質的量的計算、物質的量在離子方程式計算中的應用、樣品中草酸亞鐵質量分數的計算等。