Question

为探究FeCl₃溶液中的离子平衡和离子反应，某小组同学进行了如下实验。

（1）配制50 mL 1.0 mol·L⁻¹的FeCl₃溶液，测其pH约为0.7，即c(H⁺) = 0.2 mol·L⁻¹。

① 用化学用语解释FeCl₃溶液呈酸性的原因：           。

② 下列实验方案中，能使FeCl₃溶液pH升高的是          （填字母序号）。

a. 加水稀释               b. 加入FeCl₃固体

c. 滴加浓KSCN溶液       d. 加入NaHCO₃固体

（2）小组同学利用上述FeCl₃溶液探究其与足量锌粉的反应。实验操作及现象如下：

操作	现象
向反应瓶中加入6.5 g锌粉，然后加入50 mL 1.0 mol·L^−^1的FeCl3溶液，搅拌	溶液温度迅速上升，稍后出现红褐色沉淀，同时出现少量气泡；反应一段时间后静置，上层溶液为浅绿色，反应瓶底部有黑色固体
收集检验反应过程中产生的气体	集气管口靠近火焰，有爆鸣声

已知：Zn的性质与Al相似，能发生反应：Zn + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂ ↑

① 结合实验现象和平衡移动原理解释出现红褐色沉淀的原因：                    。

② 用离子方程式解释反应后溶液为浅绿色的原因：                  。

③ 分离出黑色固体，经下列实验证实了其中含有的主要物质。

i. 黑色固体可以被磁铁吸引；

ii. 向黑色固体中加入足量的NaOH溶液，产生气泡；

iii. 将ii中剩余固体用蒸馏水洗涤后，加入稀盐酸，产生大量气泡；

iv. 向iii反应后的溶液中滴加KSCN溶液，无变化。

a. 黑色固体中一定含有的物质是            。

b. 小组同学认为上述实验无法确定黑色固体中是否含有Fe₃O₄，理由是             。

（3）为进一步探究上述1.0 mol·L⁻¹ FeCl₃溶液中Fe³⁺和H⁺氧化性的相对强弱，继续实验并观察到反应开始时现象如下：

操作	现象
将5 mL 1.0 mol·L^−^1的FeCl3溶液与0.65 g锌粉混合	溶液温度迅速上升，开始时几乎没有气泡
将       与0.65 g锌粉混合	溶液中立即产生大量气泡

小组同学得出结论：在1.0 mol·L⁻¹ FeCl₃溶液中，Fe³⁺的氧化性比H⁺更强。

Answer

（1）① Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+；② acd

（2）① 溶液温度升高，反应过程中出现H2使溶液中c(H+)降低，都会促进Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，出现红褐色Fe(OH)3沉淀；② 2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+；③ a. Fe和Zn；b. iii中，若存在Fe3O4，稀盐酸与Fe3O4反应产生的Fe3+可与Fe继续反应生成Fe2+，导致在iv中检测不到Fe3+，与没有Fe3O4得到的iv中现象相同

（3）5 mL 0.2 mol·L-1（或pH = 0.7）的盐酸 （可不考虑Cl-对反应的影响）

【解析】

试题分析：（1）①FeCl3溶液呈酸性是因为氯化铁水解的结果，故答案为：Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+；

② a. 加水稀释，尽管促进氯化铁水解，但氢离子浓度减小，pH增大，正确；b. 加入FeCl3固体，氯化铁溶液的浓度增大，水解程度减小，但氢离子浓度增大，pH减小，错误；c. 滴加浓KSCN溶液，使得铁离子浓度减小，Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+逆向移动，酸性减弱，pH增大，正确；d. 加入NaHCO3固体，使得氢离子浓度减小，pH增大，正确；故选acd；

（2）①溶液温度升高，反应过程中出现H2使溶液中c(H+)降低，都会促进Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，出现红褐色Fe(OH)3沉淀，故答案为：溶液温度升高，反应过程中出现H2使溶液中c(H+)降低，都会促进Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移动，出现红褐色Fe(OH)3沉淀；

② 锌与铁离子发生氧化还原反应生成亚铁离子，使得反应后溶液为浅绿色，故答案为：2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+；

③a. 黑色固体可以被磁铁吸引说明含有铁，向黑色固体中加入足量的NaOH溶液，产生气泡，说明含有锌，因此黑色固体中一定铁和锌，故答案为：Fe和Zn；

b. iii中，若存在Fe3O4，稀盐酸与Fe3O4反应产生的Fe3+可与Fe继续反应生成Fe2+，导致在iv中检测不到Fe3+，与没有Fe3O4得到的iv中现象相同，故答案为：iii中，若存在Fe3O4，稀盐酸与Fe3O4反应产生的Fe3+可与Fe继续反应生成Fe2+，导致在iv中检测不到Fe3+，与没有Fe3O4得到的iv中现象相同；

（3）要使得溶液中立即产生大量气泡，可以用5 mL 0.2 mol·L-1的盐酸于锌反应，根据探究目的：比较1.0 mol·L−1 FeCl3溶液中Fe3+和H+氧化性的相对强弱。将5 mL 1.0 mol·L−1的FeCl3溶液与0.65 g锌粉混合，溶液温度迅速上升，开始时几乎没有气泡，说明发生铁离子与锌的氧化还原反应，而不是水解生成的氢离子与锌反应，从而说明在1.0 mol·L−1 FeCl3溶液中，Fe3+的氧化性比H+更强，故答案为：5 mL 0.2 mol·L-1的盐酸。

考点：考查了铁及其化合物的性质、物质性质探究实验方案的设计的相关知识。