Question

【題目】實驗小組研究二價鐵的還原性，設計如下實驗。

序號	實驗方案	現象
Ⅰ		現象a：生成白色沉淀，3 min后沉淀基本變為紅褐色
Ⅱ		現象b：生成白色沉淀，3 min后沉淀顏色幾乎不變

（1）實驗所用的FeSO4溶液由Fe2(SO4)3溶液和足量鐵粉反應制得，離子方程式是____。

（2）實驗I中沉淀變為紅褐色的化學方程式是________。

（3）關于實驗II中白色沉淀的組成，小組同學展開研究。

① 已知Fe(HCO3)2在水中不存在。對沉淀組成作出如下假設，請補充完整。

假設a：依據NaHCO3溶液顯_______性，推測白色沉淀可能為Fe(OH)2；

假設b：白色沉淀可能為_______。

② 研究白色沉淀組成的實驗如下：

i．取少量白色沉淀，充分洗滌，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，產生無色氣泡；

ii．向所得溶液中滴入KSCN試劑，溶液幾乎不變紅；

iii．向ii溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即變為紅色。

由此說明，白色沉淀中一定含有_________離子。

③ 研究過程中發現白色沉淀在空氣中久置，最終變為紅褐色。則該沉淀比實驗I中所得的Fe(OH)2______（填“難”或“易”）于被空氣氧化。

（4）對比實驗I，研究酸堿性對二價鐵還原性的影響，設計實驗III：

將實驗方案補充完整______。

（5）據以上實驗，為避免二價鐵被空氣氧化，可采取的措施是______。

Answer 1

【答案】2Fe3++Fe=3Fe2+ 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 堿 FeCO3 Fe2+和CO32- 難 滴加H2SO4溶液 控制溶液為酸性環境、使二價鐵以碳酸鹽的形式沉淀

【解析】

Fe2+具有還原性，易被空氣中的氧氣氧化，實驗I中向FeSO4溶液中滴加氫氧化鈉溶液，先發生復分解反應生成氫氧化亞鐵白色沉淀，3min后沉淀基本變為紅褐色，說明氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣氧化為紅褐色氫氧化鐵；實驗IINaHCO3溶液顯堿性，向FeSO4溶液中滴加NaHCO3溶液，同樣產生白色沉淀，白色沉淀3 min后沉淀顏色幾乎不變，與實驗I現象不一致，因此推測白色沉淀可能是別的物質，根據參加反應的物質推測，沉淀還有可能是碳酸亞鐵；且碳酸亞鐵被氧氣氧化的速率小于氫氧化亞鐵氧化的速率，據此解題。

(1)Fe與Fe3+發生氧化還原反應生成Fe2+，書寫此反應方程式時應注意電荷守恒和質量守恒。反應方程式可表示為： 2Fe3++Fe=3Fe2+ ；

(2)實驗I中沉淀變為紅褐色,說明氫氧化亞鐵被空氣中的氧氣氧化為紅褐色氫氧化鐵，反應方程式為：4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 ；

(3)①碳酸氫鈉溶液呈堿性；根據加入的試劑和實驗現象可知白色沉淀還有可能為碳酸亞鐵FeCO3 ；

②i．取少量白色沉淀，充分洗滌，向其中加入稀硫酸，沉淀完全溶解，產生無色氣泡，則無色氣泡應為二氧化碳，則沉淀中應含有碳酸根；ii．向所得溶液中滴入KSCN試劑，溶液幾乎不變紅，說明溶液中不含有三價鐵離子；iii．向ii溶液中再滴入少量H2O2，溶液立即變為紅色，說明原溶液中存在亞鐵離子，被H2O2 氧化為鐵離子；因此可以說明沉淀中一定含有Fe2+和CO32- ；

③實驗II，3min后白色沉淀無變化，在空氣中久置，最終變為紅褐色。而實驗I中的氫氧化亞鐵在3min后完全被氧化，因此實驗II中沉淀比實驗I中所得的Fe(OH)2難于被空氣氧化。

(4)實驗III的實驗目的是研究酸堿性對二價鐵還原性的影響，而實驗I已經研究了堿性條件對二價鐵的還原性的影響，因此實驗III應為研究酸性條件的影響，實驗方案應為向硫酸亞鐵溶液中滴加H2SO4溶液；

(5)實驗III的現象顯示，在酸性條件下，二價鐵離子不易被氧化，因此為避免二價鐵被空氣氧化，可采取的措施是控制溶液為酸性環境，或使二價鐵以碳酸鹽的形式沉淀。