Question

某催化剂为铁的氧化物，一化学兴趣小组在实验室里对该催化剂中铁元素的价态进行探究：查阅有关资料得知Fe²⁺能被酸性KMnO₄溶液氧化而使酸性KMnO₄溶液褪色；HNO₃具有强氧化性．请完成对铁元素价态的探究：
①提出合理假设．
假设1：催化剂中铁元素为+3价；假设2：催化剂中铁元素为+2价；
（1）假设3：______．
②设计实验方案．③根据②的实验方案进行实验：
（2）步骤1：取一定量的稀硫酸于试管中，加热煮沸数分钟，目的是______；
步骤2：取少量样品于试管中，加入处理过的硫酸并加热，得到A溶液；
（3）步骤3：取A溶液于试管，滴加KSCN溶液，振荡，若不出现血红色，则假设______成立；若出现血红色，则假设______成立；
（4）步骤4：另取A溶液于试管，加入KMnO₄溶液，振荡，结合步骤3中的结论，若出现______现象，则假设1成立；反之，则假设3成立．
（5）某同学将步骤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溶液后出现血红色，由此得出该催化剂中铁元素为+3价的结论，该结论是否合理？______（填“是”或“否”），理由是______．

Answer

（1）根据铁的氧化物中铁的存在价态解答；
（2）稀硫酸溶液中溶解氧气，氧气可以氧化亚铁离子，用硫酸溶解氧化物应除去溶解的氧气；
（3）Fe3+遇KSCN溶液呈血红色，Fe2+遇KSCN溶液不显色，选用KSCN溶液检验+3价的铁，根据颜色变化判断是否含有+3价的铁；
（4）+2价铁具有还原性，易被氧化，使KMnO4溶液的紫红色褪去，根据颜色变化判断是否含有+2价的铁，结合（3）中实验现象判断；
（5）硝酸具有强氧化性，加入硝酸会将Fe2+氧化成Fe3+．
【解析】
（1）铁的氧化物中铁的存在价态有+2、+3价，所以，催化剂中铁元素的价态有三种情况：价态全部为+3价；价态全部为+2价；价态为+3价、+2价，
故答案为：催化剂中铁元素的价态为+3价、+2价；
（2）稀硫酸溶液中溶解氧气，氧气可以氧化亚铁离子，用硫酸溶解氧化物应除去溶解的氧气，防止氧化亚铁离子，故煮沸硫酸的目的是：除去硫酸中溶解的氧气，
故答案为：除去硫酸中溶解的氧气；
（3）Fe3+遇KSCN溶液呈血红色，取A溶液于试管，滴加KSCN溶液，若溶液无明显变化，则说明催化剂中铁元素的价态不含+3价，假设2成立；
若溶液变为血红色，则说明催化剂中铁元素的价态含+3价，假设1或3成立，
故答案为：2；1或3；
（4）若KMnO4溶液的紫红色褪去为无色溶液，则说明催化剂中铁元素的价态含+2价；若不褪色，则说明催化剂中铁元素的价态不含+2价，
故答案为：高锰酸钾溶液紫色不褪去；
（5）硝酸具有强氧化性，加入硝酸会将Fe2+氧化成Fe3+，不能得出该催化剂中铁元素为+3价，
故答案为：否；加入硝酸会将Fe2+氧化成Fe3+．