Question

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

 

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（2）經檢驗上述濾液中不含F(xiàn)e³⁺，這不能說明還原鐵粉與水蒸氣反應所得產物中不含+3價的Fe元素．原因是（結合化學方程式說明）：

 

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（3）某同學利用上述濾液制取白色的Fe（OH）₂沉淀，向濾液中加入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，并盡可能長時間保持其白色，有人設計如圖所示裝置：
請簡述實驗操作及原理：

 

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（4）甲同學為了得到更加純凈的Fe（OH）₂，對NaOH溶液進行了預處理，得到了比其他同學更好的實驗效果，他可能的操作是：

 

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

 

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Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：

分析：（1）檢驗濾液中是否含有Fe³⁺的簡單方法是滴入幾滴KSCN溶液，觀察溶液是否變紅色；
（2）反應生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應生成亞鐵離子，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)定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關鍵是怎樣降低反應體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，據(jù)此分析實驗步驟；
（4）本實驗的關鍵是除去反應液中的氧氣，防止氫氧化亞鐵被氧氣氧化；
（5）結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時就認為沉淀完全計算氫氧根離子濃度，繼而計算氫離子濃度，求pH．

解答： 解：（1）檢驗濾液中是否含有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）反應生成四氧化三鐵可以與稀硫酸發(fā)生反應Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O，若鐵粉過量，還可以和鐵離子反應生成亞鐵離子，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：如果反應后的混合物中含有過量的鐵粉，會發(fā)生反應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)定接觸空氣時很快被氧化為氫氧化鐵，反應的化學方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
②要較長時間觀察到氫氧化亞鐵的白色沉淀，關鍵是怎樣降低反應體系中氧氣的量，利用生成的氫氣趕凈裝置中的氧氣，實驗步驟為：實驗時先打開活塞K，再將分液漏斗的活塞打開，使稀硫酸與鐵粉反應，用生成的氫氣排出裝置中的空氣，然后關閉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間保存白色氫氧化亞鐵沉淀；
故答案為：實驗時先打開活塞K，再將分液漏斗的活塞打開，使稀硫酸與鐵粉反應，用生成的氫氣排出裝置中的空氣，然后關閉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間保存白色氫氧化亞鐵沉淀；
（4）本實驗關鍵是除去反應液中的氧氣，故對氫氧化鈉的預處理應是加熱煮沸，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時就認為沉淀完全，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；通過計算可知pH=9能達到除去Fe²⁺的目的，故答案為：9．

點評：本題考查了鐵及其化合物性質的分析應用及溶解度的計算，實驗過程分析和實驗設計是解題關鍵，題目難度中等．此實驗成敗關鍵是保證裝置中無氧氣．