Question

3．某種催化劑為鐵的氧化物．化學興趣小組在實驗室對該催化劑中鐵元素的價態(tài)進行探究：將適量稀硝酸加入少許樣品中，加熱溶解；取少許溶液，滴加KSCN溶液后出現(xiàn)紅色．一位同學由此得出該催化劑中鐵元素價態(tài)為+3的結論．
（1）請指出該結論是否合理并說明理由不合理，F(xiàn)e²⁺會被硝酸氧化為Fe³⁺，無法得知原催化劑中一定是否存在Fe³⁺．
（2）請完成對鐵元素價態(tài)的探究：限選實驗儀器與試劑：燒杯、試管、玻璃棒、藥匙、滴管、酒精燈、試管夾；3mol•L^-1H₂SO₄、3% H₂O₂、6mol•L^-1HNO₃、0.01mol•L^-1KMnO₄、NaOH稀溶液、0.1mol•L^-1Kl、
20% KSCN、蒸餾水．
①提出合理假設
假設1：該催化劑中鐵元素價態(tài)為+3；
假設2：該催化劑中鐵元素價態(tài)為+2；
假設3：該催化劑中鐵元素價態(tài)既有+2，也有+3．
②以下是某同學設計的實驗驗證方案，請將實驗操作步驟、預期現(xiàn)象與結論補充完整．

實驗操作	預期現(xiàn)象與結論
步驟1：將適量稀H2SO4加入少許樣品于試管中，加熱溶解；	溶液呈黃綠色，說明溶液中可能含F(xiàn)e2+和Fe3+．
步驟2：取少量溶液，滴 加0.01mol/L的KMnO4溶液．	若紫紅色不褪去，則說明催化劑中含鐵元素的價態(tài)+3價；若紫紅色褪去， 則說明催化劑中含有鐵元素的價態(tài)為+2價
步驟3：另取少量溶液，滴 加20%的KSCN溶液．	若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中含鐵元素的價態(tài)+3價；若溶液無變化，則說明催化劑中含鐵元素的價態(tài)+2價；

Answer 1

分析 （1）稀HNO₃有強氧化性，可將+2價鐵，氧化為+3價的鐵；
（2）①根據(jù)鐵的氧化物中鐵的存在價態(tài)解答，鐵的氧化物中鐵的存在價態(tài)有+2、+3價；
③根據(jù)的Fe²⁺和Fe³⁺性質及檢驗解答，若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+2價，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵．

解答 解：（1）稀HNO₃有強氧化性，若該鐵的價態(tài)為+2價，則被氧化為，3價同樣可使KSCN溶液變血紅色，故該結論不正確，
故答案為：不合理，F(xiàn)e²⁺會被硝酸氧化為Fe³⁺，無法得知原催化劑中一定是否存在Fe³⁺；
（2）①鐵的氧化物中鐵的存在價態(tài)有+2、+3價，所以，催化劑中鐵元素的價態(tài)有三種情況：價態(tài)全部為+3價；價態(tài)全部為+2價；價態(tài)為+3價、+2價．
故答案為：催化劑中鐵元素的價態(tài)全部為+2價，催化劑中鐵元素的價態(tài)為+3價、+2價；
②設計實驗方法證明你的假設，為探究鐵元素的價態(tài)，先將鐵的氧化物用酸溶解，+2價鐵具有還原性，易被氧化，選用KMnO₄溶液檢驗，
若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+2價．若不褪色，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)不含+2價，則假設1成立．
Fe³⁺遇KSCN溶液呈血紅色，選用KSCN溶液檢驗+3價的鐵，結合上述若KMnO₄溶液的紫紅色褪去為無色溶液，若溶液變?yōu)檠�紅色，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)含+3價，則假設3成立．若溶液無明顯變化，則說明催化劑中鐵元素的價態(tài)不含+3價，只含+2價，則假設2成立
故答案為：

實驗操作	預期現(xiàn)象與結論
0.01mol/L的KMnO4溶液溶液．	紫紅色不褪去，紫紅色褪去，
20%的KSCN溶液．	溶液變?yōu)檠�紅色，溶液無變化

點評 本題以鐵及其化合物為載體，綜合考查學生的實驗能力、分析問題能力、和解決問題能力，難度較大，熟練掌握鐵三角性質變化和實驗設計是解題關鍵．