Question

【題目】探究鐵在某濃度H3PO4和H2O2的混合溶液中反應(yīng)的情況，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)	操作	現(xiàn)象
Ⅰ	將除去氧化膜的鐵釘置于燒杯中，加入30mL1.0molL-1H3PO4和3mL30%H2O2的混合溶液(pH≈1)。	一段時(shí)間后鐵釘表面突然產(chǎn)生大量氣泡，隨后停止產(chǎn)生氣泡；一段時(shí)間后再產(chǎn)生大量氣泡，再停止，出現(xiàn)周而往復(fù)的現(xiàn)象。過(guò)程中，溶液保持澄清。
Ⅱ	將與實(shí)驗(yàn)Ⅰ相同的鐵釘放入燒杯中，加入30mL1.0molL-1H3PO4和3mLH2O。	片刻后鐵釘表面持續(xù)產(chǎn)生氣泡，溶液保持澄清。

已知：Fe3(PO4)2難溶于水，Fe(H2PO4)2溶于水。

(1)用85%H3PO4配制100mL1.0mol·L-1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、______。

(2)請(qǐng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)Ⅱ中現(xiàn)象，分析鐵釘與H3PO4反應(yīng)的產(chǎn)物_______。

(3)探究實(shí)驗(yàn)Ⅰ中停止產(chǎn)生氣泡的原因。

提出假設(shè)：鐵釘表面形成了含有+3價(jià)鐵的氧化膜將鐵釘覆蓋。甲同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅲ，得出假設(shè)成立的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)Ⅲ：將洗凈的實(shí)驗(yàn)Ⅰ中無(wú)氣泡產(chǎn)生時(shí)的鐵釘置于試管中，加入滴有KSCN溶液的稀H2SO4，振蕩，靜置，溶液呈紅色。

乙同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)Ⅲ無(wú)法證實(shí)假設(shè)成立，其理由是未排除O2的干擾，請(qǐng)解釋O2是如何干擾實(shí)驗(yàn)的：_____。

乙同學(xué)通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了假設(shè)成立。

(4)鐵釘表面突然產(chǎn)生大量氣泡的可能原因是Fe2+迅速被H2O2氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的H2脫離鐵釘表面。形成氧化膜(以Fe3O4計(jì))的離子方程式是____。

(5)實(shí)驗(yàn)Ⅰ中周而往復(fù)的現(xiàn)象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關(guān)，從反應(yīng)的速率角度分析其原因：______。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶 Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑ 氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 3Fe2++H2O2+2H2O=Fe3O4+6H+ 鐵與磷酸反應(yīng)生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣

【解析】

題目是進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)Ⅰ中，鐵釘表面產(chǎn)生氣泡，是因?yàn)殍F與H3PO4反應(yīng)生成氫氣，因?yàn)槿芤罕３殖吻澹�根�?jù)信息可知還生成了溶于水的Fe(H2PO4)2，一段時(shí)間后再產(chǎn)生大量氣泡，再停止，出現(xiàn)周而往復(fù)的現(xiàn)象，與實(shí)驗(yàn)Ⅱ?qū)Ρ瓤芍��?/span>H2O2發(fā)生了作用，結(jié)合題目信息可知雙氧水可將亞鐵離子氧化成鐵離子形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。

(1)配制100mL1.0mol·L-1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、100mL容量瓶；

(2)在實(shí)驗(yàn)Ⅰ中，鐵釘表面產(chǎn)生氣泡，是因?yàn)殍F與H3PO4反應(yīng)生成氫氣，因?yàn)槿芤罕３殖吻�，根�?jù)信息可知還生成了Fe(H2PO4)2，化學(xué)方程式為Fe+2H3PO4=Fe(H2PO4)2+H2↑；

(3)氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，發(fā)生反應(yīng)4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，故實(shí)驗(yàn)Ⅲ無(wú)法證實(shí)假設(shè)成立；

(4)亞鐵離子被H2O2溶液形成氧化為Fe3O4，根據(jù)電子守恒和元素守恒可得離子方程式為：3Fe2++H2O2+2H2O=Fe3O4+6H+；

(5)根據(jù)分析可知原因?yàn)椋鸿F與磷酸反應(yīng)生成氫氣和Fe2+，Fe2+在鐵釘表面迅速被氧化形成氧化膜，使聚集在鐵釘表面的氫氣脫離；隨后發(fā)生磷酸溶解氧化膜的慢反應(yīng)，氧化膜覆蓋鐵釘表面時(shí)不產(chǎn)生氣泡，當(dāng)氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，