Question

常溫下，在沒有氧氣存在時(shí)，鐵與水幾乎不反應(yīng)，但高溫下，鐵能與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，為了驗(yàn)證反應(yīng)產(chǎn)物，長郡中學(xué)化學(xué)興趣小組的同學(xué)進(jìn)行了下述實(shí)驗(yàn)：
（1）停止反應(yīng)，待裝置冷卻后，取出反應(yīng)過的還原鐵粉混合物，加入過量的稀硫酸充分反應(yīng)，過濾．簡述檢驗(yàn)所得濾液中Fe³⁺的操作方法：

 

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（2）經(jīng)檢驗(yàn)上述濾液中不含F(xiàn)e³⁺，這不能說明還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)所得產(chǎn)物中不含+3價(jià)的Fe元素．原因是（結(jié)合化學(xué)方程式說明）：

 

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（3）某同學(xué)利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向?yàn)V液中加入NaOH溶液后，觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色．
①沉淀由白色變成紅褐色的原因是：

 

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②為了得到白色的Fe（OH）₂沉淀，并盡可能長時(shí)間保持其白色，有人設(shè)計(jì)如圖所示裝置：
請簡述實(shí)驗(yàn)操作及原理：

 

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（4）甲同學(xué)為了得到更加純凈的Fe（OH）₂，對NaOH溶液進(jìn)行了預(yù)處理，得到了比其他同學(xué)更好的實(shí)驗(yàn)效果，他可能的操作是：

 

（5）25°C時(shí)，通過圖示反應(yīng)制得大量白色沉淀．假設(shè)溶液中離子濃度為8×10^-6mol/L時(shí)，認(rèn)為其沉淀完全，已知Fe（OH）₂ 的 K_SP=8×10^-16，則上述反應(yīng)中，F(xiàn)e²⁺沉淀完全時(shí)，溶液pH=

 

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Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：

分析：（1）檢驗(yàn)濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色；
（2）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
（3）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時(shí)很快被氧化為氫氧化鐵；
②要較長時(shí)間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，據(jù)此分析實(shí)驗(yàn)步驟；
（4）本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是除去反應(yīng)液中的氧氣，防止氫氧化亞鐵被氧氣氧化；
（5）結(jié)合氫氧化鐵溶度積和殘留在溶液中的離子濃度小于8×10^-6 mol?L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全計(jì)算氫氧根離子濃度，繼而計(jì)算氫離子濃度，求pH．

解答： 解：（1）檢驗(yàn)濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色，若溶液變紅色證明含有Fe³⁺，否則不含；
故答案為：取少量濾液與試管中，滴入幾滴KSCN溶液，若溶液變血紅色，證明含有鐵離子，否則無鐵離子；
（2）反應(yīng)生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應(yīng)生成亞鐵離子，所以濾液中可能含有鐵離子，也可能不含有鐵離子；
故答案為：如果反應(yīng)后的混合物中含有過量的鐵粉，會(huì)發(fā)生反應(yīng)2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺，鐵粉把鐵離子全部還原為亞鐵離子后滴入KSCN溶液不變紅色；
（3）①氫氧化亞鐵不穩(wěn)定接觸空氣時(shí)很快被氧化為氫氧化鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②要較長時(shí)間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關(guān)鍵是怎樣降低反應(yīng)體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，實(shí)驗(yàn)步驟為：實(shí)驗(yàn)時(shí)先打開活塞K，再將分液漏斗的活塞打開，使稀硫酸與鐵粉反應(yīng)，用生成的氫氣排出裝置中的空氣，然后關(guān)閉K，利用生成的氫氣將試管中的硫酸亞鐵溶液壓入氫氧化鈉溶液中，則可在盛氫氧化鈉溶液的試劑瓶中較長時(shí)間保存白色氫氧化亞鐵沉淀；
故答案為：實(shí)驗(yàn)時(shí)先打開活塞K，再將分液漏斗的活塞打開，使稀硫酸與鐵粉反應(yīng)，用生成的氫氣排出裝置中的空氣，然后關(guān)閉K，利用生成的氫氣將試管中的硫酸亞鐵溶液壓入氫氧化鈉溶液中，則可在盛氫氧化鈉溶液的試劑瓶中較長時(shí)間保存白色氫氧化亞鐵沉淀；
（4）本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵是除去反應(yīng)液中的氧氣，故對氫氧化鈉的預(yù)處理應(yīng)是加熱煮沸，故答案為：將NaOH溶液煮沸，除去氧氣；
（5）殘留在溶液中的離子濃度小于8×10^-6 mol?L^-1時(shí)就認(rèn)為沉淀完全，F(xiàn)e（OH）₂的溶度積K_sp=8.0×10^-16，c（Fe²⁺）×c²（OH^-）=8.0×10^-16；c²（OH^-）=

8.0×10-16

8×10-6

=1.0×10^-10；c（OH^-）=1.0×10^-5mol/L；水溶液中的離子積c（H⁺）×c（OH^-）=10^-14；c（H⁺）=1×10^-9mol/L，則pH=9；通過計(jì)算可知pH=9能達(dá)到除去Fe²⁺的目的，故答案為：9．

點(diǎn)評：本題考查了鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用及溶解度的計(jì)算，實(shí)驗(yàn)過程分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．此實(shí)驗(yàn)成敗關(guān)鍵是保證裝置中無氧氣．