Question

某同学利用下图所示的实验装置进行铁跟水蒸气反应的实验，并继续研究铁及其化合物的部分性质。

请回答下列问题:（1）该同学欲确定反应一段时间后硬质试管中固体物质的成分，设计了如下实验方案：

①待硬质试管冷却后，取少许其中的固体物质溶于稀硫酸得溶液B；

②取少量溶液B滴加KSCN溶液，若溶液变红色，则说明硬质试管中固体物质的成分是(只有一个选项符合题意) _________；若溶液未变红色则说明硬质试管中固体物质的成分是(只有一个选项符合题意)________。

A．一定有Fe₃O₄，可能有Fe      B．只有Fe(OH)₃

C．一定有Fe₃O₄和Fe            D．一定有Fe(OH)₃，可能有Fe

E．只有Fe₃O₄ 

（2）该同学按上述实验方案进行了实验，结果溶液未变红色，该同学马上另取少量溶液B，使其跟NaOH溶液反应。若按如图所示的操作，可观察到生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的现象。

请写出与上述现象相关的反应的化学方程式_________________、________________。

（3）一段时间后，该同学发现（2）中未变红的溶液变成红色，说明Fe²⁺ 具有______性。由此可知,实验室中含Fe²⁺的盐溶液需现用现配制的原因是_________，并且配制[含Fe²⁺的盐溶液时应加入少量______。

（4）乙同学为了获得持久白色的Fe(OH)₂沉淀，准备用如图所示装置，用不含O₂的蒸馏水配制的NaOH溶液与新制的FeSO₄溶液反应。获得不含O₂的蒸馏水的方法是____________。反应开始时，打开止水夹的目的是__________________；一段时间后，关闭止水夹，在试管_______（填“A”或“B”）中观察到白色的沉淀。

（5）同学们在学习了铁的性质后知道Fe³⁺和CO₃^2-不能大量共存的原理，那么Fe²⁺和CO₃^2-是否发生相似的反应呢？某学习小组查阅“部分酸碱盐溶解性表”，在“部分酸碱盐溶解性表”中存在“碳酸亚铁”。

他们设计实验探究碳酸亚铁的性质。实验如下将一定量新制备的硫酸亚铁溶液和过量的碳酸氢铵溶液混合产生大量沉淀和气体。放置一段时间未见沉淀有明显变化。

①试写出反应离子方程式：                          。

探究碳酸亚铁的热稳定性（加热仪器省略）

连接仪器、装药品。打开K，先通入一段时间氮气，然后，用酒精喷灯在A处加热玻璃管，观察B瓶溶液变浑浊。待固体分解完后，继续通入氮气至玻璃管冷却。

②先通入氮气的目的是             。B瓶现象能说明              。

③停止加热之前，是否拆开A、B之间橡胶管？答：           ；理由是               。

④若不通入氮气直接加热分解则分解的固体产物可能是        ；       ；        理由是       

Answer

（1）②A；C（各1分）；（2）FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4，4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；（3）还原性，Fe2+易被氧化变质，铁粉；（4）加热煮沸；除去装置A、B中的空气（O2），B；

（5）①Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O(2分)；②除去装置中的空气，分解产物有CO2；

③否，通入N2压强不会减小，不会倒吸；④Fe2O3、FeO、Fe3O4，Fe2O3和Fe3O4的混合物，FeCO3(FeO)被空气中的氧气氧化（2分）。

【解析】

试题分析：（1）Fe与水蒸气发生反应，3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2，所以反应产物中一定含有Fe3O4，向反应后的溶液中加入硫酸，发生反应：Fe3O4+4H2SO4=FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O，若固体中无Fe，反应后的溶液在含有FeSO4、Fe2(SO4)3，向反应后的溶液中加入KSCN溶液，由于含有Fe3+，溶液变红色，若原固体中含有少量的Fe，与部分Fe2(SO4)3发生反应，只要溶液中含有Fe2(SO4)3，加入加入KSCN溶液就会显红色，因此选项A符合题意；若溶液未变为红色，则说明溶液中无Fe3+，由于反应3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2一定发生了，反应产生的Fe3O4与加入的硫酸反应Fe3O4+4H2SO4= FeSO4+Fe2(SO4)3+4H2O，溶液中的Fe2(SO4)3完全发生反应： Fe2(SO4)3 +Fe=3FeSO4，所以原固体中一定含有Fe3O4和Fe，正确选项是C；（2）向硫酸亚铁溶液中加入NaOH溶液，发生反应：FeSO4+ 2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4，反应产生的Fe(OH)2有还原性，容易被溶液中的氧气氧化产生氢氧化铁，反应的方程式是：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3；（3）一段时间后，该同学发现（2）中未变红的溶液变成红色，说明Fe2+ 具有还原性。被空气中的氧气氧化为Fe3+，由此可知,实验室中含Fe2+的盐溶液需现用现配制的原因是Fe2+易被氧化变质，并且配制[含Fe2+的盐溶液时为了防止盐被氧化导致溶液变质，应加入少量铁粉；（4）乙同学为了获得持久白色的Fe(OH)2沉淀，准备用如图所示装置，用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液与新制的FeSO4溶液反应。获得不含O2的蒸馏水的方法是加热煮沸；。反应开始时，打开止水夹的目的是除去装置A、B中的空气（O2）；一段时间后，关闭止水夹，A中发生反应产生FeSO4和H2，氢气将试管A中的溶液挤压到试管B中，在试管B中发生反应：FeSO4+ 2NaOH=Fe(OH)2↓+Na2SO4，在试管B中观察到白色的沉淀。（5）①硫酸亚铁溶液和过量的碳酸氢铵溶液混合产生大量沉淀和气体，反应的离子方程式是：Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+CO2↑+H2O；② 先通入氮气的目的是除去装置中的空气。B瓶石灰水变浑浊说明分解产物有CO2；③停止加热之前，由于还要继续通入氮气，使装置中的气体压强不变，因此不需要拆开A、B之间橡胶管。④若不通入氮气直接加热分解，由于FeO容易被空气中的氧气氧化，因此分解的固体产物可能是Fe3O4；Fe2O3；Fe2O3和Fe3O4的混合物；理由是FeCO3(FeO)被空气中的氧气氧化。

【考点定位】考查铁及其化合物的制备、性质及检验的知识。

【名师点睛】本题全面考查了铁元素的单质及化合物的性质，包括铁单质与水蒸气的反应、铁单质与铁盐的反应、铁盐、亚铁盐的性质、Fe(OH)2的制备方法、物质的保存、物质成分的检验、化学方程式和离子方程式的书写、Fe2+、Fe3+的检验、化学实验操作方法等知识，是一个综合性很强的题目。一般物质制备时胶头滴管要悬空垂直滴加，而由于Fe2+有强的还原性，溶液被空气中的氧气氧化导致变质，因此制取Fe(OH)2时，要将配制NaOH溶液、FeSO4溶液中的氧气驱赶掉，同时将盛有NaOH溶液的胶头滴管深入到液面以下在进行滴加。因此要注意常规操作及一些特殊情况，才可以观察到正常现象，得到正确的结论。