Question

10．為探究FeCl₃溶液中的離子平衡和離子反應(yīng)，某小組同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)．
（1）配制50mL 1.0mol•L^-1的FeCl₃溶液，測(cè)其pH約為0.7，即c（H⁺）=0.2mol•L^-1．
①用化學(xué)用語(yǔ)解釋FeCl₃溶液呈酸性的原因：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺．
②下列實(shí)驗(yàn)方案中，能使FeCl₃溶液pH升高的是acd（填字母序號(hào)）．
a．加水稀釋               b．加入FeCl₃固體  c．滴加濃KSCN溶液       d．加入NaHCO₃固體
（2）小組同學(xué)利用上述FeCl₃溶液探究其與足量鋅粉的反應(yīng)．實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如表：

操作	現(xiàn)象
向反應(yīng)瓶中加入6.5g鋅粉，然后加入50mL 1.0mol•L-1的FeCl3溶液，攪拌	溶液溫度迅速上升，稍后出現(xiàn)紅褐色沉淀，同時(shí)出現(xiàn)少量氣泡；反應(yīng)一段時(shí)間后靜置，上層溶液為淺綠色，反應(yīng)瓶底部有黑色固體
收集檢驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體	集氣管口靠近火焰，有爆鳴聲

已知：Zn的性質(zhì)與Al相似，能發(fā)生反應(yīng)：Zn+2NaOH═Na₂ZnO₂+H₂↑
①結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和平衡移動(dòng)原理解釋出現(xiàn)紅褐色沉淀的原因：溶液溫度升高，反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)H₂使溶液中c（H⁺）降低，都會(huì)促進(jìn)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺正向移動(dòng)，出現(xiàn)紅褐色Fe（OH）₃沉淀．
②用離子方程式解釋反應(yīng)后溶液為淺綠色的原因：2Fe³⁺+Zn═2Fe²⁺+Zn²⁺．
③分離出黑色固體，經(jīng)下列實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其中含有的主要物質(zhì)．
i．黑色固體可以被磁鐵吸引；
ii．向黑色固體中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生氣泡；
iii．將ii中剩余固體用蒸餾水洗滌后，加入稀鹽酸，產(chǎn)生大量氣泡；
iv．向iii反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液，無(wú)變化．
a．黑色固體中一定含有的物質(zhì)是Fe和Zn．
b．小組同學(xué)認(rèn)為上述實(shí)驗(yàn)無(wú)法確定黑色固體中是否含有Fe₃O₄，理由是iii中，若存在Fe₃O₄，稀鹽酸與Fe₃O₄反應(yīng)產(chǎn)生的Fe³⁺可與Fe繼續(xù)反應(yīng)生成Fe²⁺，導(dǎo)致在iv中檢測(cè)不到Fe³⁺，與沒(méi)有Fe₃O₄得到的iv中現(xiàn)象相同．
（3）為進(jìn)一步探究上述1.0mol•L^-1FeCl₃溶液中Fe³⁺和H⁺氧化性的相對(duì)強(qiáng)弱，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)并觀察到反應(yīng)開(kāi)始時(shí)現(xiàn)象如表：

操作	現(xiàn)象
將5mL 1.0mol•L-1的FeCl3溶液與0.65g鋅粉混合	溶液溫度迅速上升，開(kāi)始時(shí)幾乎沒(méi)有氣泡
將5 mL 0.2 mol•L-1（或pH=0.7）的鹽酸與0.65g鋅粉混合	溶液中立即產(chǎn)生大量氣泡

小組同學(xué)得出結(jié)論：在1.0mol•L^-1FeCl₃溶液中，F(xiàn)e³⁺的氧化性比H⁺更強(qiáng)．

Answer 1

分析 （1）①FeCl₃溶 液呈酸性是鐵離子水解促進(jìn)水電離平衡正向進(jìn)行，溶液中氫離子濃度增大；
②能使FeCl₃溶液pH升高是促進(jìn)水解逆向進(jìn)行，據(jù)此分析；
（2）向反應(yīng)瓶中加入6.5g鋅粉物質(zhì)的量=$\frac{6.5g}{65g/mol}$=0.1mol，然后加入50mL 1.0mol•L^-1的FeCl₃溶液，溶液中鐵離子物質(zhì)的量=0.050L×1.0mol/L=0.05mol，攪拌溶液溫度迅速上升，為放熱反應(yīng)，稍后出現(xiàn)紅褐色沉淀為氫氧化鐵沉淀，同時(shí)出現(xiàn)少量氣泡，收集檢驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，集氣管口靠近火焰，有爆鳴聲證明為氫氣，說(shuō)明鋅和鐵離子水解生成的酸反應(yīng)生成氫氣，促進(jìn)水解平衡正向進(jìn)行生成氫氧化鐵沉淀；反應(yīng)一段時(shí)間后靜置，上層溶液為淺綠色為氯化亞鐵溶液，反應(yīng)瓶底部有黑色固體為過(guò)量的鋅和氯化亞鐵反應(yīng)生成的金屬鐵，據(jù)此回答問(wèn)題；
①出現(xiàn)紅褐色沉淀的原因是鋅和水解生成的酸反應(yīng)生成氫氣，促進(jìn)水解平衡正向進(jìn)行生成氫氧化鐵沉淀；
②反應(yīng)后溶液為淺綠色是鐵離子和鋅反應(yīng)生成亞鐵離子和鋅離子的溶液；
③i．黑色固體可以被磁鐵吸引說(shuō)明含鐵；
ii．向黑色固體中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生氣泡，證明含有鋅；
iii．將ii中剩余固體用蒸餾水洗滌后，加入稀鹽酸，產(chǎn)生大量氣泡，證明為金屬鋅；
iv．向iii反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液，無(wú)變化說(shuō)明為鐵離子．
（3）將5mL 1.0mol•L^-1的FeCl₃溶液與0.65g鋅粉混合，溶液溫度迅速上升，說(shuō)明發(fā)生氧化還原反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)幾乎沒(méi)有氣泡證明鐵離子先和鋅反應(yīng)，氫離子沒(méi)反應(yīng)；
5 mL 0.2 mol•L^-1（或pH=0.7）的鹽酸與鋅反應(yīng)會(huì)生成氣體；

解答 解：（1）①FeCl₃溶液呈酸性的原因是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺；
②a能使FeCl₃溶液pH升高是促進(jìn)水解逆向進(jìn)行，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，
a．加水稀釋促進(jìn)水解平衡正向進(jìn)行，溶液PH增大，故a正確；
b．加入FeCl₃固體溶解后平衡正向進(jìn)行，溶液PH減小，故b錯(cuò)誤；
 c．滴加濃KSCN溶液，結(jié)合鐵離子生成硫氰酸鐵，水解平衡逆向進(jìn)行，溶液PH增大，故c正確；
d．加入NaHCO₃固體溶解后碳酸氫根離子結(jié)合氫離子促進(jìn)平衡正向進(jìn)行，溶液PH增大，故d正確；
故答案為：acd；
（2）向反應(yīng)瓶中加入6.5g鋅粉物質(zhì)的量=$\frac{6.5g}{65g/mol}$=0.1mol，然后加入50mL 1.0mol•L^-1的FeCl₃溶液，溶液中鐵離子物質(zhì)的量=0.050L×1.0mol/L=0.05mol，2Fe³⁺+Zn=2Fe²⁺+Zn²⁺，反應(yīng)定量關(guān)系可知鋅過(guò)量，攪拌溶液溫度迅速上升，說(shuō)明發(fā)生反應(yīng)為放熱反應(yīng)，稍后出現(xiàn)紅褐色沉淀為氫氧化鐵沉淀，同時(shí)出現(xiàn)少量氣泡，收集檢驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，集氣管口靠近火焰，有爆鳴聲證明為氫氣，說(shuō)明鋅和鐵離子水解生成的酸反應(yīng)生成氫氣，促進(jìn)水解平衡正向進(jìn)行生成氫氧化鐵沉淀；反應(yīng)一段時(shí)間后靜置，上層溶液為淺綠色為氯化亞鐵溶液，反應(yīng)瓶底部有黑色固體，可能為過(guò)量的鋅和氯化亞鐵反應(yīng)生成的金屬鐵，Zn的性質(zhì)與Al相似，能發(fā)生反應(yīng)：Zn+2NaOH═Na₂ZnO₂+H₂↑，
①實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和平衡移動(dòng)原理解釋出現(xiàn)紅褐色沉淀的原因是溶液溫度升高，反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)H₂使溶液中c（H⁺）降低，都會(huì)促進(jìn)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺正向移動(dòng)，出現(xiàn)紅褐色Fe（OH）₃沉淀，
故答案為：溶液溫度升高，反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)H₂使溶液中c（H⁺）降低，都會(huì)促進(jìn)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺正向移動(dòng)，出現(xiàn)紅褐色Fe（OH）₃沉淀；
②反應(yīng)后溶液為淺綠色的原因是鐵離子和鋅反應(yīng)生成亞鐵離子和鋅離子的溶液，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+Zn═2Fe²⁺+Zn²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+Zn═2Fe²⁺+Zn²⁺；
③i．黑色固體可以被磁鐵吸引說(shuō)明含鐵；
ii．向黑色固體中加入足量的NaOH溶液，產(chǎn)生氣泡，證明含有鋅；
iii．將ii中剩余固體用蒸餾水洗滌后，加入稀鹽酸，產(chǎn)生大量氣泡，證明為金屬鋅；
iv．向iii反應(yīng)后的溶液中滴加KSCN溶液，無(wú)變化說(shuō)明為鐵離子．
a．分析可知黑色固體中一定含有的物質(zhì)是Fe和Zn，
故答案為：Fe和Zn；
b．上述實(shí)驗(yàn)無(wú)法確定黑色固體中是否含有Fe₃O₄，理由是iii中，若存在Fe₃O₄，稀鹽酸與Fe₃O₄反應(yīng)產(chǎn)生的Fe³⁺可與Fe繼續(xù)反應(yīng)生成Fe²⁺，導(dǎo)致在iv中檢測(cè)不到Fe³⁺，與沒(méi)有Fe₃O₄得到的iv中現(xiàn)象相同，
故答案為：iii中，若存在Fe₃O₄，稀鹽酸與Fe₃O₄反應(yīng)產(chǎn)生的Fe³⁺可與Fe繼續(xù)反應(yīng)生成Fe²⁺，導(dǎo)致在iv中檢測(cè)不到Fe³⁺，與沒(méi)有Fe₃O₄得到的iv中現(xiàn)象相同；
（3）探究上述1.0mol•L^-1FeCl₃溶液中Fe³⁺和H⁺氧化性的相對(duì)強(qiáng)弱，將5mL 1.0mol•L^-1的FeCl₃溶液與0.65g鋅粉混合，溶液溫度迅速上升，說(shuō)明發(fā)生氧化還原反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)幾乎沒(méi)有氣泡證明鐵離子先和鋅反應(yīng)，氫離子沒(méi)反應(yīng)；
5 mL 0.2 mol•L^-1（或pH=0.7）的鹽酸與鋅反應(yīng)會(huì)生成氣體，
故答案為：5 mL 0.2 mol•L^-1（或pH=0.7）的鹽酸；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鹽類水解、溶液酸堿性的原因、物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、反應(yīng)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因分析判斷等知識(shí)點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．