Question

8．某同學(xué)利用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行鐵跟水蒸氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，并繼續(xù)研究鐵及其化合物的部分性質(zhì)．請(qǐng)回答下列問題：

（1）該同學(xué)欲確定反應(yīng)一段時(shí)間后硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案（圖乙）：
①待硬質(zhì)試管冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分是（只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）A，若溶液未變紅色則說明硬質(zhì)試管中固體物質(zhì)的成分是（只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意）C．
A．一定有Fe₃O₄，可能有Fe
B．只有Fe（OH）₃
C．一定有Fe₃O₄和Fe
D．一定有Fe（OH）₃，可能有Fe E．只有Fe₃O₄
（2）該同學(xué)按上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果溶液未變紅色，該同學(xué)馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應(yīng)．若按如圖丙所示的操作，可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現(xiàn)象，請(qǐng)寫出與上述現(xiàn)象相關(guān)的反應(yīng)的化學(xué)方程式FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）一段時(shí)間后，該同學(xué)發(fā)現(xiàn)（2）中未變紅的溶液變成紅色，說明Fe²⁺具有還原性性．由此可知，實(shí)驗(yàn)室中含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液需現(xiàn)用現(xiàn)配制的原因是Fe²⁺易被氧化而變質(zhì)，并且配制
含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液時(shí)應(yīng)加入少量鐵粉．
（4）乙同學(xué)為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，準(zhǔn)備用如圖丁所示裝置，用不含O₂的蒸餾水配制的NaOH溶液與新制的FeSO₄溶液反應(yīng)．獲得不含O₂的蒸餾水的方法是加熱煮沸．反應(yīng)開始時(shí)，打開止水夾的目的是除去裝置A、B中的空氣（或氧氣）；一段時(shí)間后，關(guān)閉止水夾，在試管B（填“A”或“B”）中觀察到白色的沉淀．
（5）同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)了鐵的性質(zhì)后知道Fe³⁺和CO₃^2-不能大量共存的原理，那么Fe²⁺和CO₃^2-是否發(fā)生相似的反應(yīng)呢？某學(xué)習(xí)小組查閱“部分酸堿鹽溶解性表”，在“部分酸堿鹽溶解性表”中存在“碳酸亞鐵”．
他們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究碳酸亞鐵的性質(zhì)．實(shí)驗(yàn)如下
將一定量新制備的硫酸亞鐵溶液和過量的碳酸氫銨溶液混合產(chǎn)生大量沉淀和氣體．放置一段時(shí)間未見沉淀有明顯變化．
①試寫出反應(yīng)離子方程式：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
探究碳酸亞鐵的熱穩(wěn)定性（加熱儀器省略）
連接儀器、裝藥品．打開K，先通入一段時(shí)間氮?dú)�，然后，用酒精噴燈在A處加熱玻璃管，觀察B瓶溶液變渾濁．待固體分解完后，繼續(xù)通入氮?dú)庵敛ＡЧ芾鋮s．
②先通入氮?dú)獾哪康氖浅�去裝置中的空氣．B瓶現(xiàn)象能說明分解產(chǎn)物有CO₂．
③停止加熱之前，是否拆開A、B之間橡膠管？答：否；理由是通入N₂內(nèi)壓不會(huì)減小，不會(huì)倒吸．
④若不通入氮?dú)庵苯蛹訜岱纸鈩t分解的固體產(chǎn)物可能是FeO、Fe₂O₃；Fe₃O₄；Fe₂O₃和Fe₃O₄混合物理由是FeCO₃（或FeO）被空氣中的氧氣氧化．

Answer 1

分析 本題以鐵與水蒸汽反應(yīng)為載體，探究反應(yīng)后的固體成分，主要利用固體溶解后溶液里的Fe³⁺遇KSCN溶液顯紅色，F(xiàn)e²⁺有還原性能使酸性KMnO₄溶液褪色，遇NaOH溶液生成的白色沉淀遇空氣立即變灰綠色最終變紅褪色，因此制氫氧化亞鐵時(shí)要隔絕空氣，防氧化，還考查了Fe²⁺與HCO₃^-在溶液里會(huì)發(fā)生雙水解反應(yīng)；另外還探究了碳酸亞鐵的熱穩(wěn)定性，利用在氮?dú)獾姆諊�里分解生成的氣體能使石灰水變渾濁得出有二氧化碳?xì)怏w生成，同時(shí)得到氧化亞鐵，如果沒有氮?dú)獗Ｗo(hù)將會(huì)氧氣參與反應(yīng)，得到的固體中有三價(jià)鐵，據(jù)此作答；
（1）鐵粉與水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)物為四氧化三鐵和氫氣，產(chǎn)物四氧化三鐵中有+2價(jià)的鐵和+3價(jià)的鐵，還有可能有過量的鐵；過量的鐵，可能將三價(jià)鐵離子全部轉(zhuǎn)化成二價(jià)鐵離子；
（2）白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，據(jù)此寫出相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式；
（3）Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化，具有還原性，F(xiàn)e²⁺溶液易水解；
（4）硫酸亞鐵易被氧化而變質(zhì)，應(yīng)排除溶液中的氧氣，可用加熱溶液的方法除去溶解氧；A管中產(chǎn)生的氣體通入B管中排盡AB管中的空氣，使AB充滿還原性氣體氫氣，可防止生成的Fe （OH）₂被氧化；試管B中為NaOH溶液，將A中液體壓到B中與其反應(yīng)；
（5）①Fe²⁺與HCO₃^-在溶液中發(fā)生反應(yīng)生成的氣體應(yīng)為CO₂，沉淀放置一段時(shí)間未見顏色變化，說明不是氫氧化亞鐵沉淀，只能是碳酸亞鐵沉淀，結(jié)合原子守恒和電荷守恒寫出此反應(yīng)的離子方程式；
②碳酸亞鐵中二價(jià)鐵有氧化性，加熱前通氮?dú)饪蓪⒀b置內(nèi)的空氣排盡，防止氧氣氧化二價(jià)鐵，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
③通入氮?dú)�，玻璃管�?nèi)氣壓不會(huì)減小，所以不會(huì)產(chǎn)生倒吸現(xiàn)象；
④如果實(shí)驗(yàn)前不通入氮?dú)�，空氣中的氧氣�?huì)氧化二價(jià)鐵，所得固體產(chǎn)物中會(huì)有三價(jià)鐵，常見含三價(jià)鐵的氧化物有氧化鐵和四氧化三鐵．

解答 解：（1）鐵和水蒸氣反應(yīng)，產(chǎn)物為四氧化三鐵和氫氣，待硬質(zhì)試管冷卻后，取少許其中的固體物質(zhì)溶于稀硫酸得溶液B，一定發(fā)生Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃，則說明所得溶液中存在的陽離子是一定有Fe³⁺，一定有Fe₃O₄，可能有過量的鐵；若溶液未變紅色，可能含有過量的鐵，將三價(jià)鐵離子全部轉(zhuǎn)化成二價(jià)鐵離子，F(xiàn)e+2Fe³⁺═3Fe²⁺，
故答案為：A；C；
（2）可觀察到生成白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色的現(xiàn)象，說明含有Fe²⁺離子，綜上分析可知，白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，所以反應(yīng)為：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）Fe²⁺溶液因?yàn)樗�解和還原性而不易保存，可以加入酸抑制其水解，加入還原性鐵（鐵釘）防止其被氧化，故答案為：還原；Fe²⁺易被空氣中的氧氣氧化而變質(zhì)；鐵粉；
（4）加熱時(shí)氣體的溶解度降低，所以，除去蒸餾水中溶解的O₂常采用加熱煮沸的方法；利用鐵粉和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣排出試管A、B中的空氣，使A、B充滿還原性氣體氫氣，可排除試管中的氧氣，防止Fe（OH）₂ 被空氣中氧氣氧化，一段時(shí)間后，關(guān)閉止水夾，試管A中生成的FeSO₄溶液壓到試管B，與試管B中的NaOH溶液反應(yīng)，生成Fe（OH）₂沉淀，在試管B中觀察到白色的Fe（OH）₂，
故答案為：把蒸餾水煮沸；利用鐵粉和稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣排出試管A、B中的空氣，防止Fe（OH）₂ 被空氣中氧氣氧化；B．
（5）①硫酸亞鐵溶液與碳酸氫銨溶液混合后生成二氧化碳?xì)怏w和碳酸亞鐵沉淀，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②加熱前利用氮?dú)鈱⒖諝馀疟M，防止空氣中的氧氣氧化固體中的二價(jià)鐵，B中石灰水應(yīng)變渾濁，說明有二氧化碳生成，故答案為：除去裝置中的空氣；分解產(chǎn)物有CO₂；
③繼續(xù)通入氮?dú)�，不�?huì)減小玻璃管內(nèi)氣壓，所以不能產(chǎn)生倒吸，則不必拆開A、B之間橡膠管，故答案為：否；通入N₂內(nèi)壓不會(huì)減小，不會(huì)倒吸；
④若不通入氮?dú)庵苯蛹訜岱纸�，空氣中的氧氣�?huì)部分或全部氧化二價(jià)鐵為三價(jià)鐵，則分解的固體產(chǎn)物可能是FeO、Fe₂O₃或Fe₃O₄或Fe₂O₃和Fe₃O₄混合物，故答案為：FeO、Fe₂O₃；Fe₃O₄；Fe₂O₃和Fe₃O₄混合物；FeCO₃（或FeO）被空氣中的氧氣氧化．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了鐵與水蒸氣的反應(yīng)以及產(chǎn)物的分析判斷，考查了氫氧化亞鐵的制備和碳酸亞鐵的穩(wěn)定性，掌握基礎(chǔ)知識(shí)是解答的關(guān)鍵，本題難度不大．