铁和铁的化合物教案.docx
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铁和铁的化合物教案
铁和铁的化合物
重点:
1、Fe、铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐、亚铁盐的性质及用途,铁盐、亚铁盐的检验
2、Fe3+的强氧化性,Fe2+的还原性。
难点:
1、Fe、铁的氧化物、铁的氢氧化物、铁盐、亚铁盐的性质及用途,铁盐、亚铁盐的检验
2、Fe3+的强氧化性,Fe2+的还原性。
下列除去杂质的方法不正确的是( )
A.镁粉中混有少量铝粉:
加入过量烧碱溶液充分反应,过滤、洗涤、干燥
B.用过量氨水除去Fe3+溶液中的少量Al3+
C.用新制的生石灰,通过加热蒸馏,以除去乙醇中的少量水
D.Al(OH)3中混有少量Mg(OH)2:
加入足量烧碱溶液,充分反应,过滤,向滤液中通入过量CO2后过滤
(一)、铁的结构和性质
1、铁是26号元素,位于第四周期第Ⅷ族,属于过渡元素。
原子结构示意图:
主要化合价:
+2,+3
2、铁在金属的分类中属于黑色金属,重金属,常见金属。
纯净的铁是光亮的银白色金属,密度为7.86g/㎝3,熔沸点高,有较好的导电、传热性,能被磁铁吸引,也能被磁化。
还原铁粉为黑色粉末。
3、铁是较活泼的金属元素,在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应:
点燃点燃△
3Fe+2O2==Fe3O42Fe+3Cl2==2FeCl3Fe+S=FeS
Fe+I2=FeI2
②跟水反应:
3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑
③跟酸作用:
Fe+2H+==Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化;与氧化性酸反应不产生H2,且氧化性酸过量时生成Fe3+)
④与部分盐溶液反应:
Fe+Cu2+==Fe2++CuFe+2Fe3+==3Fe2+
4.铁的合金
一般地说,含碳量在2%~4.3%的铁的合金叫做生铁。
生铁里除含碳外,还含有硅、锰以及少量的硫、磷等,它可铸不可煅。
根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。
一般地说,含碳量在0.03%~2%的铁的合金叫做钢。
钢坚硬有韧性、弹性,可以锻打、
压延,也可以铸造。
钢的分类方法很多,如果按化学成分分类,钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢就是普通的钢。
合金钢也叫特种钢,是在碳素钢是适当地加入一种或几种,如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。
合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。
5、炼铁
(1)反应原理:
利用氧化——还原反应,在高温下,用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。
(2)原料:
铁矿石、焦炭、石灰石和空气
(3)设备:
高炉
(4)生产过程
①还原剂的生成C+O2
CO2CO2+C
2CO
②铁矿石还原成铁Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2↑
③除脉石、炉渣的形成CaCO3
CaO+CO2↑SiO2+CaO
CaSiO3
(二)、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
铁的氧化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色、态
黑色粉末
黑色晶体
红棕色粉末
铁的价态
+2
+3
+2、+3
水溶性
难溶于水
稳定性
不稳定性
6FeO+O2=2Fe3O4
稳定
稳定
与酸的反应
FeO+2H+=Fe2++H2O
Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O
Fe3O4+8H+==2Fe3++Fe2++4H2O
与CO的反应
FexOy+yCO=xFe+yCO2
制取
高温熔融,过量的铁与氧气反应2Fe+O2==2FeO
Fe(OH)3的分解
2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
铁在氧气中燃烧
3Fe+2O2==Fe3O4
(三)、铁的氢氧化物的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物理性质
白色,难溶于水的固体
红褐色,难溶于水的固体
化学性质
(1)与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O
(2)与氧化性酸反应
3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O
(3)空气中放置被氧化
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
(1)与酸反应
Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O
(2)受热分解
2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
制备
①煮沸蒸馏水,赶走溶解的氧气
②煮沸NaOH溶液,赶走溶解的氧气
③配制FeSO4溶液,加少量的还原铁粉
④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓
将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
1、Fe3O4是复杂的化合物,经研究证明,在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价,有2/3的Fe是+3价,可看成FeO·Fe2O3,实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐,不是一般的氧化物。
2、Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同,前者是白色絮状沉淀,后者是红褐色沉淀。
而Fe(OH)2极不稳定,易被氧化成Fe(OH)3,反应现象是:
白色→灰绿色→红褐色。
若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀,需要创造以下条件:
(1)排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子,以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。
(2)尽量排除溶液中溶解的氧气(绝对排除是办不到的),以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。
反应要用新制备的亚铁盐溶液,并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。
亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气,然后,把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中,或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液,可观察到白色絮状沉淀。
(四)、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验
从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:
Fe只有还原性,Fe3+通常只有氧化性,Fe2+既具有氧化性又具有还原性。
上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应,才能实现不同价态的铁相互转化,如下图(常称为铁三角):
Fe
Cl2
COFe3+COO2
ZnCu2+H2HNO3
I-、I2、SAlKMnO4
Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2
Fe2+Fe、Cu、I-、S2-、H2SFe3+
(溶液为绿色)(溶液为棕黄色)
1.学习铁及其化合物的性质要注意:
(1)抓价态:
从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.
(2)想属类:
如铁是一种比较活泼的过渡金属,氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物,氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱,氯化铁为强酸弱碱盐,由此去分析理解它们各自所具有的性质.
2.铁元素的原子在化学反应中,当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时,铁只能失去最外层的两个电子,而生成+2价铁的化合物,当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时,铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物.
3.具体反应有:
(1)Fe2+→Fe3+
①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(在亚铁盐溶液中通入氯气,溶液由浅绿色变为棕黄色)。
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O(亚铁盐溶液在空气中容易变质,如绿矾露置于空气中则是:
12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3)
③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑
④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+
如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液,溶液由浅绿色变棕黄色,在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液,溶液由紫红变棕黄。
⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
(2)Fe3+→Fe2+
①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3
②2Fe3++SO32-+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+
③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。
④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3++2I-=2Fe2++I2
(五).Fe2+和Fe3+的检验
(1)Fe2+的检验:
方法一:
滴加KSCN溶液,无明显现象,再滴加新制氯水,溶液立即变红色。
方法二:
滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀,该沉淀迅速变为灰绿色,最后变为红褐色。
(2)Fe3+的检验:
方法一:
滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液,溶液立即变为血红色。
方法二:
滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
【例题1】下列关于铁的叙述正确的是( )
①铁能被磁铁吸引,但纯铁易腐蚀 ②在人体的血红蛋白中含有铁元素 ③铁位于元素周期表中第4周期第ⅧB族 ④铁能在氧气中剧烈燃烧,但不能在水蒸气中燃烧 ⑤铁与强氧化剂硝酸反应的产物仅是Fe(NO3)3 ⑥不能通过化合反应制得FeCl2和Fe(OH)3
A.①③B.②④C.②⑤D.④⑥
【答案】B
【解析】当铁中含有杂质时,在潮湿的空气中会发生电化学腐蚀,而纯铁的抗腐蚀能力较强;铁位于元素周期表的第Ⅷ族,而不是ⅧB族;铁在氧气中能发光、发热、剧烈燃烧,而与水蒸气反应则不会发光,看不到燃烧现象;铁与强氧化剂反应,能被氧化为Fe3+,但若铁过量,则Fe3+被Fe还原为Fe2+,所以,Fe与HNO3反应可能因铁过量而生成Fe(NO3)2;FeCl2、Fe(OH)3都可通过化合反应制得Fe+2FeCl3===3FeCl2,4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3。
【例题2】某研究学习小组对过量碳粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究。
(1)提出假设
①该反应的气体产物是CO2。
②该反应的气体产物是CO。
③该反应的气体产物是___________________。
(2)设计方案
如图所示,将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量碳粉完全反应,测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比。
(3)查阅资料:
氮气不与碳、氧化铁发生反应。
实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠(NaNO2)饱和溶液混合加热反应制得氮气。
请写出该反应的离子方程式:
____________________________。
(4)实验步骤
①按上图连接装置,并检查装置的气密性,称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混均匀,放入48.48g的硬质玻璃管中;
②加热前,先通一段时间纯净干燥的氮气;
③停止通入N2后,夹紧弹簧夹,加热一段时间,澄清石灰水(足量)变浑浊;
④待反应结束,再缓缓通入一段时间的氮气。
冷却至室温,称得硬质玻璃管和固体总质量为52.24g;
⑤过滤出石灰水中的沉淀,洗涤、烘干后称得质量为2.00g。
步骤②④中都分别通入N2,其作用分别为________________。
(5)数据处理
根据实验数据分析,试写出该实验中氧化铁与碳发生的化学反应方程式:
_______________________________。
【答案】
(1)CO2,CO的混合物(3)NH+NON2↑+2H2O
(4)步骤②中是为了排尽空气,步骤④是为了赶出所有的CO2,确保完全吸收
(5)2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑
【解析】
(2)碳氧化合物就是CO2和CO,所以第三种情况为二者的混合物。
(5)反应前硬质玻璃管和固体总质量为3.20g+2.00g+48.48g=53.68g,反应后总质量为52.24g,其差为1.44g。
根据生成的2g沉淀可知反应生成的CO2中碳元素的质量为0.24g,还有CO生成,所以氧化铁与碳发生反应的化学方程式为2C+Fe2O32Fe+CO↑+CO2↑。
【例题3】能正确表示下列反应的离子方程式的是( )
A.将铁粉加入稀硫酸中:
2Fe+6H+===2Fe3++3H2↑
B.将磁性氧化铁溶于盐酸:
Fe3O4+8H+===3Fe3++4H2O
C.将氯化亚铁溶液和稀硝酸混合:
Fe2++4H++NO===Fe3++2H2O+NO↑
D.将铜屑加入含Fe3+的溶液中:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
【答案】D
【解析】本题考查离子方程式的正误判断,意在考查元素化合物知识。
将铁粉加入稀硫酸中,发生反应的离子方程式为:
Fe+2H+===Fe2++H2↑,A项错误;磁性氧化铁可以看做FeO·Fe2O3,溶于盐酸时发生反应的离子方程式为:
Fe3O4+8H+===Fe2++2Fe3++4H2O,B项错误;氯化亚铁和稀硝酸反应,离子方程式为:
3Fe2++4H++NO===3Fe3++NO↑+2H2O,C项错误;将铜屑加入含Fe3+的溶液中发生氧化还原反应:
2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+,D项正确。
【例题4】将11.9gMg-Al-Fe组成的合金溶于足量的NaOH溶液中、合金质量减少2.7g。
另取等质量的合金溶于过量稀硝酸中,生成6.72L(标准状况)NO,向反应后的溶液中加入适量NaOH溶液恰好使Mg2+、Al3+、Fe3+完全转化为沉淀,则沉淀质量为( )
A.22.1gB.27.2g
C.30gD.无法确定
【答案】B
【解析】此题可以用守恒法解答。
Mg、Al、Fe与过量硝酸反应后生成Mg2+、Al3+、Fe3+,1mol的Mg2+、Al3+、Fe3+分别结合2mol、3mol、3mol的OH-,所以结合OH-的物质的量=失去电子的物质的量=n(NO)×3.6.72LNO为0.3mol,所以金属离子结合OH-的物质的量为0.3mol×3=0.9mol,OH-质量为15.3g,沉淀质量为11.9g+15.3g=27.2g。
【例题5】将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体,求:
(1)反应后生成铜多少克?
(2)加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。
【答案】
(1)生成铜2.56g
(2)原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.1mol/L
【解析】发生反应的化学方程式为:
①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
两个反应共生成FeSO4为:
0.2L×0.5mol/L=0.1mol
观察两个反应不难发现,若生成同样的FeSO4,②式消耗的铁更多。
假设0.1molFeSO4全部为②式产生,则此时消耗的铁将达最大量为a。
Fe~FeSO4
1mol1mol
a0.1mol
a=0.1mol,即铁为5.6g,则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe,设原溶液的Fe2(SO4)3和CuSO4的物质的量分别为x和y。
Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
Xx3xyyyy
由题意得3x+y=0.1mol
6g-56g/mol×(x+y)+64g/mol×y=5.2g解得:
x=0.02moly=0.04mol
则生成铜:
0.04mol×64g/mol=2.56g原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L
【基础】
1、将Cu片放入0.1mol·L-1FeCl3中,反应一段时间后取出Cu片,溶液中最多含有金属离子的种类是()
A、1种 B、2种 C、3种 D、4种
解析——答案【C】
将Cu片放入0.1mol·L-1FeCl3中,发生反应2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,反应一段时间后取出Cu片后,溶液中最多含有金属离子是Fe3+、Fe2+、Cu2+三种。
2、下列物质不能通过单质直接化合制备的是()
A、Na2SB、FeCl2C、Na2O2D、CuCl2
解析——答案【B】
试题分析:
A、硫与钠在加热条件下反应生成硫化钠,正确;B、氯气与铁在点燃条件下反应生成氯化铁,不能直接生成氯化亚铁,错误;C、钠与氧气加热反应生成过氧化钠,正确;D、Cu在氯气中燃烧生成氯化铜,正确,答案选B。
3、在钠、镁、铜、铁中,能与冷水反应的是 ,能与沸水反应的是,能与水蒸气反应的是,写出有关的化学方程式,,
。
解析——答案
由钠、镁、铜、铁的性质可知。
【巩固】
1、把一定量铜粉放入氯化铁溶液中,完全反应后,所得溶液中Fe2+和Fe3+浓度恰好相等。
则Cu2+和未反应的Fe3+的物质的量之比为()
A、1:
1B、1:
2C、2:
3D、3:
2
解析——答案【B】
溶液中有Fe3+说明铜粉反应完全,根据反应过离子方程式:
2Fe3+ +Cu=2Fe2+ +Cu2+知Fe2+ 的物质的量是Cu2+的2倍,溶液中Fe2+和Fe3+浓度恰好相等则Fe3+的物质的量是Cu2+的2倍,选B。
2、在AgNO3、Cu(NO3)2和Zn(NO3)2混合溶液中,加入一定量的铁粉,充分反应后过滤,在滤渣中加入稀盐酸,有气体产生。
则下列结论正确的是( )
A、滤液中一定有Fe(NO3)3
B、滤渣只含Ag和Cu,一定无Zn
C、滤渣中一定有Ag、Cu和Fe,一定无Zn
D、滤渣中一定有Ag、Cu、Fe和Zn
解析——答案【C】
依金属活动性顺序表知,铁能置换出银、铜但不能置换出锌,故滤渣中能与盐酸反应生成氢气的一定是铁,铁过量,则AgNO3、Cu(NO3)2与铁反应完全,溶液中不能存在Fe(NO3)3。
3、电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔,制造印刷电路板。
为了从使用过的腐蚀废液中回收铜,并重新获得纯净的FeCl3溶液,准备采用下列步骤
(1)请写出上述实验中加入或生成的有关物质的化学式:
① ② ③ ④ ⑥
(2)写出FeCl3溶液与金属铜发生反应的化学方程式
(3)检验腐蚀废液中含有Fe3+的实验操作是
(4)废液加入过量①后,可能发生的离子方程式
解析2.1——答案
废液中主要含有FeCl3和CuCl2,加入过量铁单质可以还原所有FeCl3为FeCl2,CuCl2为铜单质,过滤后得到FeCl2溶液与铜单质和过量的铁单质,滤渣和过量的盐酸反应,铁单质全部转化为FeCl2,FeCl2溶液中通入氯气,可以把FeCl2氧化为FeCl3.
解析2.2——答案
Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2
解析2.3——答案
取少量废腐蚀液于试管中,滴加几滴KSCN溶液,若溶液变红,则证明含有Fe3+。
解析2.4——答案
Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe+Cu2+=Fe2++Cu
4、已知X为FeO和CuO的混合物,取两份等质量的X样品进行下列实验:
(1)写出①、②和③步所有反应的方程式:
(2)设从③步所得固体D的质量为32g,溶液E中只含有一种金属离子,气体F在标准状况下体积为5.6L,试计算取用的每份X的质量 ,X中FeO与CuO的质量比
解析6.1——答案
A是CuCl2、FeCl2、HCl三种物质的混合液,B能与A反应,则应是铁和铜的混合物,C为CO2。
F应为H2,则D是铜,E为FeCl2和HCl的混合液。
解析6.2——答案
m(CuO)=
×80g·mol-1=20g
n(H2)==0.25mol,n(FeO)=0.25mol+0.25mol=0.5mol
n(FeO)=0.5mol×72g·mol-1=36g
【拔高】
1、用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中加入铁粉。
对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是( )
A、若无固体剩余,则溶液中一定有Fe3+
B、若有固体存在,则溶液中一定有Fe2+
C、若溶液中由Cu2+,则一定没有固体析出
D、若溶液中有Fe2+,则一定有Cu析出
解析——答案【B】
本题考查铁铜的相关性质。
用FeCl3溶液腐蚀印刷电路板上的铜,所得溶液中含有Fe3+、Fe2+、Cu2+三种阳离子,加入铁粉后,若有固体剩余,则固体一定有铜,可能有铁,溶液中一定有Fe2+;若没有固体剩余,则溶液中一定有Fe2+,可能由Cu2+和Fe3+
2、有一种铁的“氧化物”样品,用5mol/L盐酸200mL恰好完全溶解,所得溶液还能吸收标况下2.24L氯气,恰好使其中Fe2+全部转化成Fe3+,该样品可能的化学式是()
A、Fe2O3 B、Fe3O4C、Fe4O5D、Fe5O7
解析——答案【C】
n(HCl)=0.2L×5.0mol/L=1mol,由氧化物和盐酸反应生成水可知,氧化物中含有0.5mol,所得溶液还能吸收0.1molCl2,恰好使其中的Fe2+全部转变为Fe3+,反应后所得溶液为FeCl3,因n(Cl-)=0.2mol+1mol×2=1.2mol,所以氧化物中n(Fe):
n(O)=0.4:
0.5=4:
5,所以化学式为Fe4O5。
3、下图中所涉及的A、B、C、D、E、F和G等都是中学化学教材中常见的物质。
反应①②是置换反应,反应①②③均在高温下进行。
A在常温下为液态,C有磁性,E与强碱溶液反应可产生H2,F是既能溶于NaOH又能溶于HCl的氧化物。
(1)A的化学式 C的化学式
(2)写出反应①的化学方程式
(3)写出E与浓强碱液反应的离子方程式
(4)C、E的混合物在工业上用于钢轨焊接(高温下置换出熔化状态的铁可用于焊接),写出反应③的化学方程式:
【解析】
(1)H2O(2分) Fe3O4(2分)
(2)3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2(2分)
(3)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑(2分) (4)3Fe3O4+8Al
4Al2O3+9Fe(2分)
试题分析:
C有磁性,说明C是四氧化三铁。
A在常温下为液态,且反应①是置换反应,反应后生成四氧化三铁,所以A是水,则B是铁,D是氢气。
F是既能溶于NaOH又能溶于HCl的氧化物,则F是氧化铝。
又因为E与强碱溶液反应可产生H2,且E和四氧化三铁反应生成氧化铝和铁,所以E是铝。
点评:
该题是中等难度的试题,也是高考中的常见题型,有利于培养学生的逻辑思维能力和发散思维能力。
该类试题学生需要明确的是化学推断题是一类综合性较强的试题,如元素及化合物性质和社会生活,环境保护,化学计算等知识,还可引入学科间综合。
它不仅可考察学生对化学知识的理解程度,更重要的是培养学生的综合分析能力和思维方法。
解框图题的方法:
最关键的是寻找“突破口”,“突破口”就是抓“特”字,例如特殊颜色、特殊状态、特殊气味、特殊反应、特殊现象、特殊制法、特殊用途等。
4、下列中学化学中常见物质的转化关系图中,反应条件及部分反应物和产物未全部注明,已知A、D为金属单质,其他为化合物。
试推断:
(1)写出物质的化学式:
A____________C____________I____________.
(2)写