Question

某学习小组同学进行实验探究FeCl₃溶液和Na₂S溶液的反应原理。

Ⅰ.学习小组的同学通过查阅以下资料和所学知识，预测产物。

资料：Fe₂S₃和FeS均为黑色、不溶于水、能溶于酸的固体，Fe₂S₃固体常温下易转变为黄绿色；H₂S为有臭鸡蛋气味的气体。0.1mol/LNa₂S溶液的pH约为12.9。

K_sp近似数据：Fe(OH)₃为10^-39，Fe₂S₃为10^-88，FeS为10^-19。

（1）同学甲计算出0.1mol/L的FeCl₃溶液的pH约为__，依据酸碱理论的相关知识预测FeCl₃与Na₂S可能发生水解反应，则该反应的离子方程式为___。

（2）同学乙依据难溶电解质的溶解平衡理论的相关知识预测反应主要产生Fe₂S₃而不是Fe(OH)₃的原因为__。

（3）同学丙依据氧化还原反应理论的相关知识预测FeCl₃溶液与Na₂S溶液反应可生成FeS和S的混合物，则反应的离子方程式为__。

Ⅱ.学习小组进行实验，探究反应生成沉淀物的成分。

实验一：

（4）某同学设计实验证明试管①中黑色物质含有Fe₂S₃，该同学的实验操作为_____。

（5）另一同学将试管②中黑色沉淀过滤洗涤后溶解于稀硫酸获得淡黄色悬浊液并闻到臭鸡蛋气味，判断沉淀为FeS和S的混合物，但有同学认为此判断不合理，请说明理由：__。

实验二：

（6）若试管③中沉淀溶解现象是因为溶液酸性较强将产生的少量黑色沉淀溶解，用离子方程式表示溶液酸性较强的原因：__。

（7）FeCl₃溶液和Na₂S溶液间可发生复分解反应也可发生氧化还原反应，且反应的产物、实验的现象与__等有关(写出一条即可)。

Answer

1.3 2Fe3++6H2O+3S2−=2Fe(OH)3↓+3H2S↑ 由溶度积数据知，Fe2S3的溶解度远小于Fe(OH)3，则Fe3+更容易生成Fe2S3沉淀 2Fe3++3S2−=2FeS↓+S↓ 过滤、洗涤，将滤渣放置一段时间，看是否全部或部分变为黄绿色 Fe2S3也溶于稀硫酸，溶解后所得Fe3+和S2−，发生反应2H++S2− = H2S↑，2 Fe3++S2− = 2Fe2++S↓，也会产生预期现象 Fe3++3H2O⇌3H++Fe(OH)3 试剂的滴加顺序和多少(试剂的相对用量)、反应体系的酸碱性

【解析】

I.(1)已知：①H2O⇌H++OH−，②Fe(OH)3(s)⇌Fe3++3OH−，由①×3−②可得：Fe3++3H2O⇌3H++Fe(OH)3(s)，再结合Kw和Ksp进行计算溶液的pH值；Fe3+水解使溶液显酸性，而S2−水解溶液显碱性，两者在同一溶液中相互促进水解生成Fe(OH)3和H2S，结合电荷守恒和原子守恒写出发生双水解反应的离子方程式。

(2)已知Fe(OH)3=10−39，Fe2S3=10−88，难溶物的溶解度越小越易生成。

(3)Fe3+有较强氧化性，而S2−有较强还原性，两者在同一溶液中易发生氧化还原反应生成Fe2+和S，结合电子守恒、电荷守恒和原子守恒写出发生氧化还原反应的离子方程式；

II.(4)先分离出黑色固体，再根据Fe2S3和FeS均为黑色、不溶于水、能够溶于酸的固体，Fe2S3固体常温下易转变为黄绿色判断。

(5) Fe2S3固体能溶于稀硫酸，生成H2S气体和Fe3+，而Fe3+能与S2−发生氧化还原反应生成淡黄色S沉淀。

(6)Fe3+在溶液中水解，使溶液明显显酸性。

(7)实验一表明在Na2S溶液中逐滴加入FeCl3溶液，主要发生的是复分解反应，实验二表明在FeCl3溶液中逐滴加入Na2S溶液主要发生的是氧化还原反应，由此分析即可。

I.(1)已知：①H2O⇌H++OH−，②Fe(OH)3(s)⇌ Fe3++3OH−，由①×3−②可得：Fe3++3H2O⇌3H++Fe(OH)3(s)，则c3(H+)÷c(Fe3+)=(Kw)3÷Ksp[Fe(OH)3]，c3(H+)=(1×10−14)3÷1×10−39×0.1=10−4，c(H+)≈10−1.3mol/L，此时溶液pH=−lg10−1.3=1.3；溶液FeCl3溶液与Na2S溶液混合，发生双水解反应生成Fe(OH)3和H2S，离子反应方程式为2Fe3++6H2O+3S2−=2Fe(OH)3↓+3H2S↑；故答案为：1.3；2Fe3++6H2O+3S2−=2Fe(OH)3↓+3H2S↑。

(2)已知Ksp近似数据：Fe(OH)3=10−39，Fe2S3=10−88，可知Fe2S3的溶解度远小于Fe(OH)3，则Fe3+更容易生成Fe2S3沉淀；故答案为：由溶度积数据知，Fe2S3的溶解度远小于Fe(OH)3，则Fe3+更容易生成Fe2S3沉淀。

(3)Fe3+有较强氧化性，而S2−有较强还原性，依据氧化还原反应理论的相关知识预测FeCl3溶液与Na2S溶液反应可生成FeS和S的混合物，则发生反应的离子方程式为2Fe3++3S2−=2FeS↓+S↓；故答案为：2Fe3++3S2−=2FeS↓+S↓。

II.(4)为证明试管①中黑色物质含有Fe2S3，可经过过滤、洗涤，将滤渣放置一段时间，看是否全部或部分变为黄绿色，若为黄绿色，则固体为Fe2S3；故答案为：过滤、洗涤，将滤渣放置一段时间，看是否全部或部分变为黄绿色。

(5)将试管②中黑色沉淀过滤洗涤后溶解于稀硫酸获得淡黄色悬浊液并闻到臭鸡蛋气味，因Fe2S3也溶于稀硫酸，溶解后所得Fe3+和S2−，发生反应2H++S2− = H2S↑，2 Fe3++S2− = 2Fe2++S↓，也会产生预淡黄色悬浊液并闻到臭鸡蛋气味的现象，则无法判断沉淀为FeS和S的混合物；故答案为：Fe2S3也溶于稀硫酸，溶解后所得Fe3+和S2−，发生反应2H++S2− = H2S↑，2 Fe3++S2− = 2Fe2++S↓，也会产生预期现象。

(6)试管③为在FeCl3溶液中逐滴加入Na2S溶液，最初发生复分解反应生成了黑色沉淀为Fe2S3，因过量的Fe3+在溶液中水解，使溶液明显显酸性，则振荡过程中Fe2S3沉淀被酸性溶液溶解并有臭鸡蛋气味的H2S气体生成，其中发生水解反应的离子方程式为Fe3++3H2O⇌3H++Fe(OH)3；故答案为：Fe3++3H2O⇌3H++Fe(OH)3。

(7)实验一表明在Na2S溶液中逐滴加入FeCl3溶液，主要发生的是复分解反应，实验二表明在FeCl3溶液中逐滴加入Na2S溶液主要发生的是氧化还原反应，由此可知FeCl3溶液和Na2S溶液间可发生复分解反应也可发生氧化还原反应，且反应的产物、实验的现象与试剂的滴加顺序和多少(试剂的相对用量)、反应体系的酸碱性等有关；故答案为：试剂的滴加顺序和多少(试剂的相对用量)、反应体系的酸碱性。