Question

【題目】碳酸亞鐵（白色固體，難溶于水）是一種重要的工業(yè)原料，可用于制備補(bǔ)血?jiǎng)┤樗醽嗚F，也可用作可充電電池的電極。某研究小組通過下列實(shí)驗(yàn)，尋找利用復(fù)分解反應(yīng)制備 FeCO3 沉淀的最佳方案：

實(shí)驗(yàn)	試劑		現(xiàn)象
	滴管	試管
	0.8 mol/L FeSO4 溶液（pH=4.5）	1 mol/L Na2CO3 溶液（pH=11.9）	實(shí)驗(yàn)Ⅰ：立即產(chǎn)生灰綠色沉淀，5min 后出現(xiàn)明顯的紅褐色
	0.8 mol/L FeSO4 溶液（pH=4.5）	1 mol/L NaHCO3 溶液 （pH=8.6）	實(shí)驗(yàn)Ⅱ：產(chǎn)生白色沉淀及少量無色氣泡，2min 后出現(xiàn)明顯的灰綠色
	0.8 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2 溶液（pH=4.0）	1 mol/L NaHCO3 溶液 （pH=8.6）	實(shí)驗(yàn)Ⅲ：產(chǎn)生白色沉淀及無色氣泡，較長時(shí)間保持白色

(1)實(shí)驗(yàn) I 中紅褐色沉淀產(chǎn)生的原因可用如下反應(yīng)表示，請(qǐng)補(bǔ)全反應(yīng)：

____Fe2+ +_______ ______+____ _______ +____H2O=____Fe(OH)3 ↓+____HCO3

(2)實(shí)驗(yàn) II 中產(chǎn)生 FeCO3 的離子方程式為_____________________________。

(3)為了探究實(shí)驗(yàn) III 中 NH4+所起的作用，甲同學(xué)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn) IV 進(jìn)行探究：

	操作	現(xiàn)象
實(shí)驗(yàn)IV	向 0.8 mol/L FeSO4 溶液中加入①__________，再加入 Na2SO4 固體配制成混合溶液（已知 Na+對(duì)實(shí)驗(yàn)無影響，忽略混合后溶液體積變化）。再取該溶液一滴管，與 2mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合	與實(shí)驗(yàn) III 現(xiàn)象相同

實(shí)驗(yàn) IV 中加入 Na2SO4 固體的目的是②_______________________。

對(duì)比實(shí)驗(yàn) II、III、IV，甲同學(xué)得出結(jié)論：NH4+水解產(chǎn)生 H+，降低溶液 pH，減少了副物 Fe(OH)2 的產(chǎn)生。

乙同學(xué)認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)方案不夠嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)補(bǔ)充的對(duì)比實(shí)驗(yàn)操作是：③_____________，再取該溶液一滴管，與2mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合。

(4)小組同學(xué)進(jìn)一步討論認(rèn)為，定性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不能直接證明實(shí)驗(yàn) III 中 FeCO3 的純度最高，需要利用如圖所示的裝置進(jìn)行定量測(cè)定。分別將實(shí)驗(yàn) I、II、III 中的沉淀進(jìn)行過濾、洗滌、干燥后稱量，然后轉(zhuǎn)移至 A 處的廣口瓶中。

為測(cè)定 FeCO3 的純度，除樣品總質(zhì)量外，還需測(cè)定的物理量是______________________。

(5)實(shí)驗(yàn)反思：經(jīng)測(cè)定，實(shí)驗(yàn) III 中的 FeCO3 純度高于方案 I 和方案 II。通過以上實(shí)驗(yàn)分析，制備 FeCO3 實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素是__________________________________。

Answer 1

【答案】4 8 CO32 1 O2 10 4 8 Fe2+ + 2HCO3 =FeCO3↓+ CO2↑+ H2O 酸至 pH=4.0 控制 SO42- 濃度一致 0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固體至 c(SO42-)=1.6 mol/L C中 U 形管的增重 調(diào)節(jié)溶液 pH

【解析】

(1) Fe2+被氧氣氧化為鐵離子，鐵離子與碳酸根離子發(fā)生水解生成Fe(OH)3；根據(jù)電子得失守恒：Fe2+→Fe(OH)3，鐵元素化合價(jià)升高了1，O2→2O-2，化合價(jià)降低了4，因此，Fe2+、Fe(OH)3前面系數(shù)為4，氧氣前面系數(shù)為1，再根據(jù)電荷守恒，CO32、和HCO3前面系數(shù)為8，最后再根據(jù)原子守恒，水前面系數(shù)為10，具體系數(shù)如下：4Fe 2+ + 8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 ；

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，亞鐵離子與碳酸氫根離子反應(yīng)，生成FeCO3和 CO2，離子方程式為：Fe2+ + 2HCO3 =FeCO3↓+CO2↑+H2O；

（3）①探究同一酸性環(huán)境下的銨根離子的作用，因此要用硫酸調(diào)控溶液的pH=4.0；

②為了保證溶液中的硫酸根離子濃度的不變，向溶液中加入硫酸鈉來控制SO42- 濃度；

③為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，還應(yīng)向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固體至 c(SO42-)=1.6 mol/L，同一條件下做對(duì)比試驗(yàn)，這樣結(jié)論更準(zhǔn)確；

（4）碳酸鐵和稀硫酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，水蒸氣被濃硫酸吸收后，堿石灰（C）吸收二氧化碳?xì)怏w，通過測(cè)定C中U 形管的增重，測(cè)出反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的量，最后根據(jù)反應(yīng)關(guān)系來測(cè)定FeCO3 的純度；

(5)通過三組實(shí)驗(yàn)分析可知，溶液的pH不同，生成FeCO3 的量不同，因此制備 FeCO3 實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素是調(diào)節(jié)溶液 pH。