Question

某研究性學(xué)習(xí)小組在研究由Fe²⁺制備Fe（OH）₂的過程中，設(shè)計了如下實驗方案：
【實驗設(shè)計】
方法一：按照圖1進行實驗，容器A中的反應(yīng)開始時，彈簧夾C處于打開狀態(tài)，一段時間后，關(guān)閉彈簧夾C，容器A中的反應(yīng)仍在進行．
（1）最終在

 

容器中觀察到白色沉淀，該實驗中涉及到的化學(xué)方程式有：

 

、

 

．

方法二：按圖2進行實驗，最終在兩極間的溶液中首先觀察到白色沉淀．
（2）請從所提供的試劑或電極材料中選擇正確的序號填在橫線上：
①純水  ②NaCl溶液  ③NaOH溶液  ④四氯化碳  ⑤CuCl₂溶液  ⑥乙醇  ⑦Fe棒  ⑧植物油  ⑨碳棒
a為

 

，c為

 

，d為

 

．（填序號）
【探究思考】實驗表明上述實驗中出現(xiàn)白色的沉淀會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色或綠色，那么如何解釋出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象呢？
甲同學(xué)查閱資料后，得到Fe（OH）₂如下信息：

資料名稱	物理性質(zhì)描述	化學(xué)性質(zhì)描述
《化學(xué)辭典》，顧翼東編，1989年版P637	白色無定形粉末或白色至淡綠色六方晶體	與空氣接觸易被氧化，將細粉噴于空氣中，則立即燃燒出火花
《大學(xué)普通化學(xué)（下冊）》傅鷹著P637	白色沉淀	此沉淀易被氧化成微綠色Fe3（OH）8
《普通化學(xué)教程》（下冊）P788	白色	能強烈吸收O2，迅速變成棕色Fe（OH）3．這時作為氧化的中間產(chǎn)物為土綠色，其中含有Fe2+、Fe3+．

（3）閱讀該資料后，你對上述實驗中出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象的解釋是

 

（4）資料中提及的微綠色Fe₃（OH）₈，用氧化物的形式表示可寫成

 

．
（5）乙同學(xué)依據(jù)配色原理：白色和棕色不可能調(diào)配成綠色或灰綠色的常識，認為綠色可能是形成Fe（OH）₂?nH₂O所致．用熱水浴的方式加熱“方法一”中生成的綠色沉淀，觀察到沉淀由綠變白的趨勢．加熱時，“方法一”中彈簧夾C應(yīng)處于

 

（填“打開”或“關(guān)閉”）狀態(tài)，容器A中的反應(yīng)須處于

 

（填“停止”或“發(fā)生”）狀態(tài)．寫出該實驗中支持乙同學(xué)觀點的化學(xué)方程式

 

．
（6）歡迎你參加該研究小組的討論，請?zhí)岢鲆环N在研究由Fe²⁺制備Fe（OH）₂的過程中，有助于對沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象進行合理解釋的實驗設(shè)計新思路

 

．

Answer 1

考點：制取氫氧化鐵、氫氧化亞鐵

專題：實驗題

分析：【實驗設(shè)計】
方法一：（1）打開C時，鐵和稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵和氫氣，生成的氫氣將空氣排出，關(guān)閉C時，生成的氫氣將硫酸亞鐵排入B中，硫酸亞鐵和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀；
方法二：（2）用電解法制取氫氧化亞鐵時，陽極上鐵失電子生成亞鐵離子，陰極上氫離子放電，陰極附近生成氫氧根離子，亞鐵離子和氫氧根離子生成氫氧化亞鐵；
【探究思考】
（3）根據(jù)沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故分析；
（4）根據(jù)資料中關(guān)于Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的顏色信息，可判斷實驗中出現(xiàn)的灰綠色或綠色現(xiàn)象既非Fe（OH）₂也非Fe（OH）₃，而應(yīng)該是二者混合的結(jié)果；根據(jù)鐵元素的化合價，由物質(zhì)Fe₃（OH）₈中鐵元素化合價總和應(yīng)為+8，可推斷該物質(zhì)的分子中含+2價Fe²⁺一個、+3價Fe³⁺二個，把鐵、氫元素與氧元素結(jié)合成氧化物，而改寫其化學(xué)式；
（5）根據(jù)壓強對反應(yīng)容器的影響及氫氧化亞鐵的性質(zhì)來分析；
（6）根據(jù)沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故分析，因此可采取向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液生成其混合物或直接把兩種物質(zhì)混合，觀察顏色的方法以驗證沉淀由“白”變“綠”的原因．

解答：解：【實驗設(shè)計】
方法一：（1）關(guān)閉活塞C，A瓶內(nèi)鐵粉與稀硫酸反應(yīng)放出的氫氣不能排出而使瓶內(nèi)氣體增加，壓強逐漸增大，把反應(yīng)生成的硫酸亞鐵溶液壓入B瓶內(nèi)，氫氧化鈉與硫酸亞鐵發(fā)生反應(yīng)而生成氫氧化亞鐵的沉淀，因此，在B瓶內(nèi)觀察到沉淀產(chǎn)生，涉及的反應(yīng)有：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，
故答案為：B；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
方法二：（2）按圖2進行實驗，最終在兩極間的溶液中首先觀察到白色沉淀，則陽極上鐵放電生成亞鐵離子，所以鐵作陽極，金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮麝帢O，可以選用鐵或石墨；
陰極上氫離子放電同時有氫氧根離子生成，所以可以選用氫氧化鈉溶液或氯化鈉溶液，為防止亞鐵離子被氧化，則C的密度小于水的密度，所以C可以選用植物油，
故答案為：⑦；⑧；②或③；
【探究思考】
（3）根據(jù)沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故，
故答案為：由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量Fe（OH）₃；
（4）由資料信息可知，氫氧化亞鐵為白色而氫氧化鐵為棕色，二者的混合物呈現(xiàn)出綠色，因此實驗中出現(xiàn)灰綠色或綠色的現(xiàn)象應(yīng)是生成的Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的緣故；資料中提及的微綠色Fe₃（OH）₈，可理解為Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的結(jié)合起的一種物質(zhì)，其中既有+2價鐵也有+3價鐵，因此改寫為氧化物的形式時，8個氫原子應(yīng)結(jié)合成4H₂O，所以應(yīng)寫成：FeO?Fe₂O₃?4H₂O，
故答案為：由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量的Fe（OH）₃；FeO?Fe₂O₃?4H₂O；
（5）驗證乙同學(xué)的猜測要防止Fe （OH）₂?nH₂O被空氣氧化，因此活塞C應(yīng)處于打開狀態(tài)，容器A中的反應(yīng)也要繼續(xù)進行，F(xiàn)e （OH）₂?nH₂O受熱分解生成氫氧化亞鐵和水，
故答案為：打開；發(fā)生；Fe（OH）₂?nH₂O

△   .

Fe（OH）₂+nH₂O；
（6）由于出現(xiàn)的沉淀由白變綠是因為形成了Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的混合沉淀，因此可利用向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中直接加入NaOH溶液，反應(yīng)生成Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的混合沉淀物，觀察此時沉淀物的顏色，或直接取Fe（OH）₂與Fe（OH）₃進行混合，觀察混合后顏色的方法，以解釋沉淀由“白”變“綠”的現(xiàn)象，
故答案為：向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液后，觀察生成的沉淀的顏色是否為灰綠色（或者可以將Fe（OH）₃和Fe（OH）₂混合后觀察其顏色．

點評：本題考查了實驗探究氫氧化亞鐵的制備及氫氧化亞鐵易變色的原因，制取氫氧化亞鐵時要排除氧氣的干擾，根據(jù)題給信息結(jié)合資料正確分析解答，明確出現(xiàn)現(xiàn)象的原因，題目難度較大．