2021版新高考地区选考化学（人教版）一轮复习教师用书：小专题突破3　“铁三角”综合实验探究

小专题突破3　“铁三角”综合实验探究——科学探究与创新意识[专题精讲]铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是设置综合实验题恰当的载体。考查内容可涉及物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。[专题精练]1．查阅文献可知，难溶于水的FeS2可在Fe2(SO4)3溶液中“溶解”，“溶解”后硫元素都以SO的形式存在。(1)要判断上述“溶解”过程中发生了哪些化学变化，下列实验及现象可作为判断证据的是__________。A．观察到溶液的黄色变淡，最后变成淡绿色B．在Fe2(SO4)3溶液中滴加KSCN溶液显稳定的红色，加入FeS2固体“溶解”后，红色明显变浅C．取FeS2“溶解”后所得的部分溶液于试管中，再滴加数滴0.5 mol·L－1 BaCl2溶液，有白色浑浊现象产生(2)写出“溶解”时的离子方程式：_________________________________________。(3)若要检验“溶解”后溶液中Fe2(SO4)3是否有剩余，简要写出相关的实验操作：________________________________________________________________________。解析：(1)难溶于水的FeS2可在Fe2(SO4)3溶液中“溶解”，“溶解”后硫元素都以SO的形式存在，说明铁离子把－1价硫元素氧化为＋6价，铁离子被还原为亚铁离子，注意原溶液中含有SO。答案：(1)AB(2)FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋(3)取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液变红，则Fe2(SO4)3有剩余，若不变红，则Fe2(SO4)3没有剩余2．某班同学用如下实验探究Fe2＋、Fe3＋的性质。回答下列问题：(1)分别取一定量氯化铁、氯化亚铁固体，均配制成0.1 mol/L 的溶液。在FeCl2溶液中需加入少量铁屑，其目的是___________________________________________。(2)甲组同学取2 mL FeCl2溶液，加入几滴氯水，再加入1滴 KSCN溶液，溶液变红，说明Cl2可将Fe2＋氧化。FeCl2溶液与氯水反应的离子方程式为_____________________。(3)乙组同学认为甲组的实验不够严谨，该组同学在2 mL FeCl2溶液中先加入0.5 mL煤油，再于液面下依次加入几滴氯水和1滴KSCN溶液，溶液变红，煤油的作用是_____________________________________。(4)丙组同学取10 mL 0.1 mol/L KI溶液，加入6 mL 0.1 mol/L FeCl3溶液混合。分别取2 mL此溶液于3支试管中进行如下实验：①第一支试管中加入1 mL CCl4充分振荡、静置，CCl4层显紫色；②第二支试管中加入1滴K3[Fe(CN)6] 溶液，生成蓝色沉淀；③第三支试管中加入1滴KSCN溶液，溶液变红。实验②检验的离子是________(填离子符号)；实验①和③说明：在I－过量的情况下，溶液中仍含有______(填离子符号)，由此可以证明该氧化还原反应为____________________。解析：(1)Fe2＋具有还原性，FeCl2溶液易被氧化而变质，配制FeCl2溶液时加入少量铁屑，目的是防止Fe2＋被氧化。(2)溶液变红，说明有Fe3＋生成，则FeCl2溶液与氯水反应生成FeCl3，离子方程式为2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。(3)甲组实验中，FeCl2易被空气中的O2氧化生成FeCl3，因此实验不够严谨。加入煤油，煤油的密度比水小，可以起到隔绝空气的作用，从而排除氧气对实验的影响。(4)实验②中K3[Fe(CN)6]溶液的作用是检验Fe2＋。根据实验①，CCl4层显紫色，说明有I2生成，根据实验②，生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，根据实验③，溶液变红，说明有Fe3＋剩余，在I－过量的情况下，溶液中仍含有Fe3＋，由此可以证明该反应为可逆反应。答案：(1)防止Fe2＋被氧化(2)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－(3)隔绝空气(排除氧气对实验的影响)(4)Fe2＋　Fe3＋　可逆反应3．(2020·石家庄一模)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O，相对分子质量为180)呈淡黄色，可用作照相显影剂。某实验小组对其进行了一系列探究。Ⅰ.纯净草酸亚铁晶体热分解产物的探究(1)气体产物成分的探究。小组成员采用如下装置(可重复选用)进行实验：①装置D的名称为______________。②按照气流从左到右的方向，上述装置的连接顺序为________________→尾气处理装置(填仪器接口的字母编号)。③实验前先通入一段时间N2，其目的为___________________________________。④实验证明气体产物中含有CO，依据的实验现象为________________________。(2)固体产物成分的探究。充分反应后，A处反应管中残留黑色固体。查阅资料可知，黑色固体可能为Fe或FeO。小组成员设计实验证明了其成分只有FeO，其操作及现象为________________________________________________________________________。(3)依据(1)和(2)中结论，可知A处反应管中发生反应的化学方程式为_____________。Ⅱ.草酸亚铁晶体样品纯度的测定工业制得的草酸亚铁晶体中常含有FeSO4杂质，测定其纯度的步骤如下：步骤1：称取m g草酸亚铁晶体样品并溶于稀H2SO4中，配成250 mL溶液；步骤2：取上述溶液25.00 mL，用c mol·L－1 KMnO4标准液滴定至终点，消耗标准液V1 mL；步骤3：向反应后溶液中加入适量锌粉，充分反应后，加入适量稀H2SO4，再用c mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗标准液V2 mL。(4)步骤3中加入锌粉的目的为_________________________________________。(5)草酸亚铁晶体样品的纯度为_________________________________(列出计算式即可，不必化简)；若步骤1配制溶液时部分Fe2＋被氧化，则测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。解析：(1)②草酸亚铁晶体在装置A中受热分解，通过装置D检验水蒸气的存在，通过装置B检验二氧化碳的存在，通过装置E除去二氧化碳并干燥气体，通过装置C检验一氧化碳，再通过装置B检验生成的二氧化碳气体，最后进行尾气处理；③实验前先通入一段时间N2，把装置内空气赶尽，防止加热时发生爆炸。(3)依据(1)和(2)中结论，可知A处反应管中发生的反应是草酸亚铁晶体分解生成氧化亚铁、一氧化碳、二氧化碳和水。(4)向反应后溶液中加入适量锌粉是为了将Fe3＋还原为Fe2＋。(5)草酸亚铁溶液中滴入高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，亚铁离子和草酸根离子都被氧化；向反应后溶液中加入适量锌粉，充分反应后，加入适量稀H2SO4，再用c mol·L－1 KMnO4标准液滴定至终点，消耗标准液V2 mL，此时滴定的是亚铁离子，则C2O消耗KMnO4的物质的量为 c(V1－V2)×10－3 mol，利用化学反应定量关系计算即可。若步骤1配制溶液时部分Fe2＋被氧化，导致V1偏小，测定结果偏低。答案：(1)①(球形)干燥管　②agfbchi(或ih)de(或ed)bc③排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸　④C处反应管中固体由黑变红，其后装置中澄清石灰水变浑浊(2)取固体少许溶于稀硫酸，无气体生成(3)FeC2O4·2H2OFeO＋CO↑＋CO2↑＋2H2O(4)将Fe3＋还原为Fe2＋(5)×100%　偏低