Question

Fe是地殼中含量很豐富的元素，也是生物體所必須的元素．
（1）我國南方某些地區(qū)的井水取出久置之后，井水由澄清變成少量紅棕色絮狀沉淀積于缸底，水面浮著一層“銹皮”．這層“銹皮”的主要成分是（寫化學(xué)式）

 

．
（2）家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是

 

（填字母代號）；
A．4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃   B．2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂
C．2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-              D．Fe-3e^-═Fe³⁺
（3）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組討論Fe³⁺和SO₃^2-之間發(fā)生怎樣的反應(yīng)，提出了兩種可能：一是發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；二是發(fā)生雙水解反應(yīng)：2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O═2Fe（OH）₃（膠體）+3H₂SO₃．為了證明是哪一種反應(yīng)，同學(xué)們設(shè)計并實(shí)施了下列實(shí)驗，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />①實(shí)驗Ⅰ，取5mLFeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，觀察到溶液的顏色由黃色變?yōu)榧t棕色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，繼續(xù)加入Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變?yōu)榧t褐色．這種紅褐色液體是

 

．向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現(xiàn)象是

 

．將溶液分成兩等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液變?yōu)檠�紅色，反應(yīng)的離子方程式為

 

．另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，產(chǎn)生該白色沉淀的離子方程式

 

．
②實(shí)驗Ⅱ，換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復(fù)實(shí)驗Ⅰ，產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同．由上述實(shí)驗得出的結(jié)論是

 

．
③若在FeCl₃濃溶液中加入Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無色氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
④從形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是從上述實(shí)驗中可以看到，二者的水溶液與氯化鐵溶液反應(yīng)的現(xiàn)象差別很大，分析其原因可能是：
Ⅰ．

 

；
Ⅱ．

 

；
（4）自然界中鐵礦石主要有赤鐵礦和磁鐵礦，應(yīng)用高爐能冶煉制得金屬鐵．Fe₃O₄在高爐中有下列反應(yīng)：Fe₃O₄+CO═3FeO+CO₂
反應(yīng)形成的固體混合物（FeO、Fe₃O₄）中，元素氧和鐵的質(zhì)量比用m（O）：m（Fe）表示．設(shè)Fe₃O₄被CO還原的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，則x與混合物中m（O）：m（Fe）的關(guān)系式（用含m（O）、m（Fe）的代數(shù)式表示）：x=

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)棕紅色絮狀沉淀分析；
（2）燒過菜的鐵鍋未及時洗滌（殘液中含NaCl等），第二天便出現(xiàn)紅棕色銹斑[Fe（OH）₃失水的產(chǎn)物]，是金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕的結(jié)果，正極發(fā)生的是氧氣得電子的還原反應(yīng)，負(fù)極是金屬鐵是失電子的氧化反應(yīng)；
（3）①根據(jù)氫氧化鐵的顏色為紅褐色進(jìn)行判斷反應(yīng)生成了氫氧化鐵膠體；加入KSCN溶液，溶液變?yōu)檠�紅色，證明溶液中存在鐵離子；在鹽酸中能夠生成與氯化鋇生成的白色沉淀為硫酸鋇沉淀，根據(jù)反應(yīng)生成了氫氧化鐵和硫酸根離子進(jìn)行分析；
分析：②根據(jù)反應(yīng)生成了氫氧化鐵和硫酸根離子進(jìn)行分析；
③根據(jù)碳酸根離子與鐵離子發(fā)生了雙水解生成氫氧化鐵和二氧化碳寫出離子方程式；
④根據(jù)碳酸鈉和亞硫酸鈉的本身性質(zhì)進(jìn)行判斷；
（4）依據(jù)反應(yīng)前后固體質(zhì)量減小為氧元素質(zhì)量和鐵元素、氧元素守恒列式計算得到．

解答：解：（1）根據(jù)紅褐色絮狀沉淀為氫氧化鐵，可知該物質(zhì)為Fe₂O₃，故答案為：Fe₂O₃；
（2）A、氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，易被氧氣氧化為氫氧化鐵，即4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，故A發(fā)生；
B、正極發(fā)生的是氧氣得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，負(fù)極是金屬鐵是失電子的氧化反應(yīng)，即Fe-2e^-═Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂，合并得到：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂↓，故B發(fā)生；
C、金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕，正極發(fā)生的是氧氣得電子的還原反應(yīng)，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故C發(fā)生；
D、金屬鐵發(fā)生吸氧腐蝕，負(fù)極是金屬鐵是失電子的氧化反應(yīng)，即Fe-2e^-═Fe²⁺，所以Fe-3e^-=Fe³⁺不發(fā)生，故D不發(fā)生；
故答案為：D；
（3）①FeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，鐵離子能夠與亞硫酸根離子發(fā)生水解生成了紅褐色的氫氧化鐵膠體；向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現(xiàn)象是先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產(chǎn)生；
加入KSCN溶液，溶液變?yōu)檠�紅色，反應(yīng)反應(yīng)的離子方程式為：Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；
加入氯化鋇生成白色沉淀，白色沉淀為硫酸鋇，反應(yīng)的離子方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄，
故答案為：氫氧化鐵膠體（或膠體）；先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產(chǎn)生；Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓；
②換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復(fù)實(shí)驗Ⅱ，產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同，證明了Fe³⁺與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)是同時進(jìn)行的，
故答案為：Fe³⁺與SO₃^2-同時發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)；
③在FeCl₃濃溶液中加Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無色氣體，二者發(fā)生了雙水解反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
④由于亞硫酸根離子具有較強(qiáng)的還原性，能夠與鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而碳酸根離子沒有還原性；
鐵離子與亞硫酸根離子生成了氫氧化鐵膠體，與碳酸根離子反應(yīng)生成了氫氧化鐵沉淀，說明碳酸根離子水解能力比亞硫酸根離子大，
故答案為：SO₃^2-有較強(qiáng)的還原性，CO₃^2-沒有還原性，且SO₃^2-水解能力較CO₃^2-��；
（4）設(shè)Fe₃O₄ 其物質(zhì)的量是1mol，被還原的Fe₃O₄ 是x Fe₃O₄ +CO=3FeO+CO₂  m（固體減少的質(zhì)量）
232    28   216   44   16
則根據(jù)方程式可以發(fā)現(xiàn)：固體減少的質(zhì)量就是氧的質(zhì)量
所以有元素O和Fe的質(zhì)量比用m（O）：m（Fe）：
反應(yīng)前m（O）：m（Fe）=168：64
反應(yīng)后m（Fe）：m（O）=168：（64--16x）
整理得到：x=[64--168×（m（O）：m（Fe））]÷16
x=4-

21

2

×

m(O)

m(Fe)

；
故答案為：4-

21

2

×

m(O)

m(Fe)

．

點(diǎn)評：本題考查了鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，電化腐蝕原理分析，離子檢驗的實(shí)驗設(shè)計分析判斷，掌握物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)現(xiàn)象是解題關(guān)鍵，題目難度中等．