Question

【題目】探究鐵在某濃度H3PO4和H2O2的混合溶液中反應的情況，進行如下實驗：

實驗	操作	現象
Ⅰ	將除去氧化膜的鐵釘置于燒杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1 H3PO4和 3 mL 30% H2O2的混合溶液（pH≈1）。	一段時間后鐵釘表面突然產生大量氣泡，隨后停止產生氣泡；一段時間后再產生大量氣泡，再停止，出現周而往復的現象。過程中，溶液保持澄清。
Ⅱ	將與實驗Ⅰ相同的鐵釘放入燒杯中，加入30 mL 1.0 mol·L1H3PO4和3 mL H2O。	片刻后鐵釘表面持續產生氣泡，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100 mL 1.0 mol·L1H3PO4所用的玻璃儀器有量筒、燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、______。

(2)實驗Ⅱ中鐵釘表面產生氣體的化學方程式是______。

(3)探究停止產生氣泡的原因。

提出假設：鐵釘表面形成了含有+3價鐵的氧化膜將鐵釘覆蓋。

甲同學進行實驗Ⅲ，得出假設成立的結論。

實驗Ⅲ：將洗凈的實驗Ⅰ中無氣泡產生時的鐵釘置于試管中，加入滴有KSCN溶液的稀H2SO4，振蕩，靜置，溶液呈紅色。

乙同學認為實驗Ⅲ無法證實假設成立，其理由是_____。

乙同學通過改進實驗證實了假設成立。

(4)鐵釘表面突然產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。

①實驗Ⅳ證實了形成氧化膜過程中產生H+。

實驗Ⅳ：______（填操作），滴入少量FeSO4溶液后，立即測定pH，pH迅速降低。

②形成氧化膜（以Fe2O3計）的離子方程式是______。

(5)實驗Ⅰ中周而往復的現象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關，從反應的速率

角度分析其原因：______。

Answer 1

【答案】100mL容量瓶 未排除氧氣的干擾 取與實驗I初始時pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中 鐵與磷酸反應生成氫氣和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：隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣

【解析】

題目是進行探究性實驗，在實驗I中，鐵釘表面產生氣泡，是因為鐵與H3PO4反應生成氫氣，因為溶液保持澄清，根據信息可知還生成了Fe(H2PO4)2，一段時間后再產生大量氣泡，再停止，出現周而往復的現象，與實驗II對比可知是H2O2發生了作用，再根據后續的探究性實驗分析出現周而往復的現象的原因。

（1）根據配制一定物質的量的溶液所需要的儀器，還缺少100mL容量瓶，故答案為：100mL容量瓶；

（2）由題目信息可知，鐵與H3PO4反應生成氫氣和Fe(H2PO4)2，化學方程式為：；

（3）氧氣在酸性條件下可以將亞鐵離子氧化成成鐵離子，故實驗Ⅲ無法證實假設成立，故答案為：未排除氧氣的干擾；

（4）①、實驗Ⅳ要證實形成氧化膜過程中產生H+，根據控制變量的思想，操作為：取與實驗I初始時pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中，滴入少量FeSO4溶液后，立即測定pH，pH迅速降低；故答案為：取與實驗I初始時pH和濃度均相同的H2O2溶液于試管中；

②、亞鐵離子被H2O2溶液氧化為Fe2O3，離子方程式為：；

（5）實驗Ⅰ中周而往復的現象與鐵釘表面氧化膜的生成和溶解密切相關，從反應的速率角度分析如下：鐵與磷酸反應生成氫氣和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：隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣。

故答案為：鐵與磷酸反應生成氫氣和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：隨后發生磷酸溶解氧化膜的慢反應，氧化膜覆蓋鐵釘表面時不產生氣泡，當氧化膜溶解后，鐵又與磷酸反應產生氫氣。