Question

(10分)聚合硫酸铁(SPFS)是一种新型的饮用水处理剂和城市污水净化剂，其化学组成可表示为[Fe₂(OH)_n(SO₄)_{3 －} ]_m 。某研究小组将聚合硫酸铁在一定条件下加热完全分解，对所得气体产物和固体产物进行实验探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下试剂完成验证和探究过程(已知SO₃的熔点为16.8 ℃)。

试剂：1.0 mol·L^－1的盐酸、1.0 mol·L^－1的KMnO₄溶液、 0.1 mol·L^－1的BaCl₂溶液、20%的KSCN溶液、品红溶液、蒸馏水、冰水。  

（1）聚合硫酸铁中铁元素的化合价是________

（2）固体产物成分的探究

【实验设计】

实验步骤	现象
步骤1：取适量的固体产物于试管中，加入足量1.0 mol·L^－1的盐酸，充分振荡使固体完全溶解。	固体溶解，没有观察 到气泡，溶液呈黄色
步骤2：取少量步骤1所得溶液于试管中，加入适量20%的KSCN溶液振荡	溶液呈血红色
步骤3：另取少量步骤1所得溶液于试管中，滴入少量1.0 mol·L^－1的KMnO4溶液，振荡。	KMnO4的紫红色不褪去

【思考与判断】     根据上面的信息，可以确定固体产物的成分是________；

步骤1中发生反应的离子方程式为                                          

（3）气体产物成分的探究(不考虑水蒸气)

【提出假设】  假设1：所得气体的成分是SO₃       假设2：所得气体的成分是SO₂、O₂

假设3：所得气体的成分是            

【设计实验方案，验证假设】按下表的实验步骤写出预期现象与结论。

实验操作	预期现象与结论
步骤1：将少量气体产物通入盛有适量品红溶液的试管中，观察溶液的颜色变化，然后加热再观察溶液的颜色变化	①                ②
步骤2：将气体产物缓缓通过浸在冰水中的U形管(如图)，然后在U形管中加入适量0.1 mol·L^－1的BaCl2溶液，充分振荡	结合步骤1中的②

Answer

（1）＋3 (1分)

（2）Fe2O3 (1分) Fe2O3＋6H＋＝ 2Fe3＋＋3H2O (2分)

（3）SO3、SO2、O2 (2分)

实验操作

预期现象与结论

①若品红溶液不褪色，则假设1成立 (1分)

②若品红溶液褪色,加热后又恢复红色，则假设2或3成立 (1分)

结合步骤1中的②：

①若无白色沉淀生成，则假设2成立 (1分)

②若有白色沉淀生成，则假设3成立 (1分)

【解析】

试题分析：（1）在任何化合物中所有元素正负化合价代数和为0，由于聚合硫酸铁化学式是[Fe2(OH)n(SO4)3 － ]m，所以其中铁元素的化合价是[2×(3- )+n]÷2=+3；（2）固体完全溶解在盐酸中，没有观察到气泡，溶液呈黄色，则固态是Fe2O3；在步骤1中Fe2O3与盐酸发生反应的离子方程式为Fe2O3＋6H＋＝ 2Fe3＋＋3H2O；（3）根据题意可知：假设3：所得气体的成分是SO3、SO2、O2；步骤1：将少量气体产物通入盛有适量品红溶液的试管中，观察溶液的颜色变化，然后加热再观察溶液的颜色变化，①若品红溶液不褪色，则假设1成立；②若品红溶液褪色,加热后又恢复红色，则假设2或3成立；步骤2：将气体产物缓缓通过浸在冰水中的U形管(如图)，然后在U形管中加入适量0.1 mol·L－1的BaCl2溶液，充分振荡，结合步骤1中的②：①若无白色沉淀生成，则假设2成立；②若有白色沉淀生成，则假设3成立 。

考点：考查聚合硫酸铁中Fe元素化合价的确定、分解产物的成分的确定的知识。