Question

某研究小组为了探究一种无机矿物质X(仅含四种元素)的组成和性质，设计并完成如下实验，另取10.80 g X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40 g固体1，请回答如下问题：

(1)画出白色沉淀1中金属元素的原子结构示意图____________，写出气体甲的电子式____________。

(2)在惰性气流中加热X至完全分解的化学反应方程式为________________________。

(3)白色沉淀2在空气中变成红褐色沉淀的原因是_________________(用化学反应方程式表示)。

(4)一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，写出一个可能的化学反应方程式___________，并设计实验方案验证该反应的产物___________。

Answer

CaFe(CO3)2CaO+FeO+2CO2↑ 4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 2FeO+CO2Fe2O3+CO 取适量固体于试管中，加入盐酸溶解，然后滴入几滴KSCN溶液，若溶液变红色，说明产物中含有+3价Fe3+

【解析】

X能和HCl反应生成气体甲，隔绝空气加热X得到气体甲和固体1，猜测X是碳酸盐，因为X加热易分解且能和酸反应生成CO2，那么甲为CO2，固体1溶于水得到溶液1和固体2，溶液1和二氧化碳反应生成白色沉淀1，白色沉淀1和二氧化碳、水反应生成溶液2，则白色沉淀1为碳酸盐、溶液2为碳酸氢盐；

固体2和稀盐酸反应生成溶液3，且需要无氧条件，溶液3中加入碱在无氧条件下生成白色沉淀2，白色沉淀2被空气氧化生成红褐色沉淀，则白色沉淀2是Fe(OH)2，溶液3为FeCl2，X仅含4种元素，碳酸盐分解生成二氧化碳气体和两种氧化物，其中一种氧化物能溶于水，与CO2反应能耗产生白色沉淀1，可猜测固体1中成分为CaO、FeO，对应地，X应为CaFe(CO3)2，结合题中信息：10.80 gX在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40 g固体1，经计算，确认X为CaFe(CO3)2，那么，溶液1是Ca(OH)2，白色沉淀1是CaCO3，溶液2是Ca(HCO3)2，再结合题目分析解答。

根据上述分析可知：气体甲是CO2；固体1是CaO、FeO的混合物；溶液1是Ca(OH)2，白色沉淀1是CaCO3，溶液2是Ca(HCO3)2；白色沉淀2是Fe(OH)2，溶液3为FeCl2，则固体2是FeO；对应地，X在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1，经计算，确认X应为CaFe(CO3)2。

(1)白色沉淀1是CaCO3，碳酸钙中金属元素的Ca，20号元素，原子核外电子排布为2、8、8、2，则Ca原子结构示意图为，气体甲是CO2，C原子与2个O原子形成4对共用电子对，电子式为；

(2)通过以上分析知，X的化学式是CaFe(CO3)2，在惰性气流中加热X至完全分解生成二氧化碳和氧化钙、氧化亚铁，所以该反应的化学反应方程式为CaFe(CO3)2CaO+FeO+2CO2↑；

(3)白色沉淀2是Fe(OH)2，氢氧化亚铁不稳定，易被空气氧化生成红褐色氢氧化铁，所以白色沉淀2在空气中变成红褐色Fe(OH)3的方程式为4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3；

(4)一定条件下，气体甲与固体1中的某种成分可能发生氧化还原反应，FeO具有还原性，能被CO2氧化生成四氧化三铁或氧化铁，同时生成CO，反应方程式为2FeO+CO2Fe2O3+CO(或生成Fe3O4)，如果该反应发生，则生成固体中含有+3价铁，取适量固体于试管中，加入盐酸溶解，然后滴入几滴KSCN溶液，若溶液变红色，说明产物中含有+3价Fe3+。