Question

8．某同學利用圖甲所示的實驗裝置進行鐵跟水蒸氣反應的實驗，并繼續(xù)研究鐵及其化合物的部分性質．請回答下列問題：

（1）該同學欲確定反應一段時間后硬質試管中固體物質的成分，設計了如下實驗方案（圖乙）：
①待硬質試管冷卻后，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸得溶液B；
②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分是（只有一個選項符合題意）A，若溶液未變紅色則說明硬質試管中固體物質的成分是（只有一個選項符合題意）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）該同學按上述實驗方案進行了實驗，結果溶液未變紅色，該同學馬上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反應．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，請寫出與上述現(xiàn)象相關的反應的化學方程式FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）一段時間后，該同學發(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，實驗室中含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，并且配制
含F(xiàn)e²⁺的鹽溶液時應加入少量鐵粉．
（4）乙同學為了獲得持久白色的Fe（OH）₂沉淀，準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．獲得不含O₂的蒸餾水的方法是加熱煮沸．反應開始時，打開止水夾的目的是除去裝置A、B中的空氣（或氧氣）；一段時間后，關閉止水夾，在試管B（填“A”或“B”）中觀察到白色的沉淀．
（5）同學們在學習了鐵的性質后知道Fe³⁺和CO₃^2-不能大量共存的原理，那么Fe²⁺和CO₃^2-是否發(fā)生相似的反應呢？某學習小組查閱“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”．
他們設計實驗探究碳酸亞鐵的性質．實驗如下
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生大量沉淀和氣體．放置一段時間未見沉淀有明顯變化．
①試寫出反應離子方程式：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，先通入一段時間氮氣，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)通入氮氣至玻璃管冷卻．
②先通入氮氣的目的是除去裝置中的空氣．B瓶現(xiàn)象能說明分解產物有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內壓不會減小，不會倒吸．
④若不通入氮氣直接加熱分解則分解的固體產物可能是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為載體，探究反應后的固體成分，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要隔絕空氣，防氧化，還考查了Fe²⁺與HCO₃^-在溶液里會發(fā)生雙水解反應；另外還探究了碳酸亞鐵的熱穩(wěn)定性，利用在氮氣的氛圍里分解生成的氣體能使石灰水變渾濁得出有二氧化碳氣體生成，同時得到氧化亞鐵，如果沒有氮氣保護將會氧氣參與反應，得到的固體中有三價鐵，據(jù)此作答；
（1）鐵粉與水蒸氣反應產物為四氧化三鐵和氫氣，產物四氧化三鐵中有+2價的鐵和+3價的鐵，還有可能有過量的鐵；過量的鐵，可能將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子；
（2）白色沉淀為氫氧化亞鐵，紅褐色沉淀為氫氧化鐵，據(jù)此寫出相應的化學反應方程式；
（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，應排除溶液中的氧氣，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；
（5）①Fe²⁺與HCO₃^-在溶液中發(fā)生反應生成的氣體應為CO₂，沉淀放置一段時間未見顏色變化，說明不是氫氧化亞鐵沉淀，只能是碳酸亞鐵沉淀，結合原子守恒和電荷守恒寫出此反應的離子方程式；
②碳酸亞鐵中二價鐵有氧化性，加熱前通氮氣可將裝置內的空氣排盡，防止氧氣氧化二價鐵，二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁；
③通入氮氣，玻璃管內氣壓不會減小，所以不會產生倒吸現(xiàn)象；
④如果實驗前不通入氮氣，空氣中的氧氣會氧化二價鐵，所得固體產物中會有三價鐵，常見含三價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，產物為四氧化三鐵和氫氣，待硬質試管冷卻后，取少許其中的固體物質溶于稀硫酸得溶液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，將三價鐵離子全部轉化成二價鐵離子，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⁺溶液因為水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；鐵粉；
（4）加熱時氣體的溶解度降低，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產生的氫氣排出試管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，一段時間后，關閉止水夾，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，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產生的氫氣排出試管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氣體和碳酸亞鐵沉淀，發(fā)生反應的離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
②加熱前利用氮氣將空氣排盡，防止空氣中的氧氣氧化固體中的二價鐵，B中石灰水應變渾濁，說明有二氧化碳生成，故答案為：除去裝置中的空氣；分解產物有CO₂；
③繼續(xù)通入氮氣，不會減小玻璃管內氣壓，所以不能產生倒吸，則不必拆開A、B之間橡膠管，故答案為：否；通入N₂內壓不會減小，不會倒吸；
④若不通入氮氣直接加熱分解，空氣中的氧氣會部分或全部氧化二價鐵為三價鐵，則分解的固體產物可能是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．

點評 本題主要考查了鐵與水蒸氣的反應以及產物的分析判斷，考查了氫氧化亞鐵的制備和碳酸亞鐵的穩(wěn)定性，掌握基礎知識是解答的關鍵，本題難度不大．