Question

某研究性学习小组在研究由Fe²⁺制备Fe（OH）₂的过程中，设计了如下实验方案：
【实验设计】
方法一：按照图1进行实验，容器A中的反应开始时，弹簧夹C处于打开状态，一段时间后，关闭弹簧夹C，容器A中的反应仍在进行．
（1）最终在

 

容器中观察到白色沉淀，该实验中涉及到的化学方程式有：

 

、

 

．

方法二：按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀．
（2）请从所提供的试剂或电极材料中选择正确的序号填在横线上：
①纯水  ②NaCl溶液  ③NaOH溶液  ④四氯化碳  ⑤CuCl₂溶液  ⑥乙醇  ⑦Fe棒  ⑧植物油  ⑨碳棒
a为

 

，c为

 

，d为

 

．（填序号）
【探究思考】实验表明上述实验中出现白色的沉淀会逐渐转变为灰绿色或绿色，那么如何解释出现灰绿色或绿色的现象呢？
甲同学查阅资料后，得到Fe（OH）₂如下信息：

资料名称	物理性质描述	化学性质描述
《化学辞典》，顾翼东编，1989年版P637	白色无定形粉末或白色至淡绿色六方晶体	与空气接触易被氧化，将细粉喷于空气中，则立即燃烧出火花
《大学普通化学（下册）》傅鹰著P637	白色沉淀	此沉淀易被氧化成微绿色Fe3（OH）8
《普通化学教程》（下册）P788	白色	能强烈吸收O2，迅速变成棕色Fe（OH）3．这时作为氧化的中间产物为土绿色，其中含有Fe2+、Fe3+．

（3）阅读该资料后，你对上述实验中出现灰绿色或绿色的现象的解释是

 

（4）资料中提及的微绿色Fe₃（OH）₈，用氧化物的形式表示可写成

 

．
（5）乙同学依据配色原理：白色和棕色不可能调配成绿色或灰绿色的常识，认为绿色可能是形成Fe（OH）₂?nH₂O所致．用热水浴的方式加热“方法一”中生成的绿色沉淀，观察到沉淀由绿变白的趋势．加热时，“方法一”中弹簧夹C应处于

 

（填“打开”或“关闭”）状态，容器A中的反应须处于

 

（填“停止”或“发生”）状态．写出该实验中支持乙同学观点的化学方程式

 

．
（6）欢迎你参加该研究小组的讨论，请提出一种在研究由Fe²⁺制备Fe（OH）₂的过程中，有助于对沉淀由“白”变“绿”的现象进行合理解释的实验设计新思路

 

．

Answer 1

考点：制取氢氧化铁、氢氧化亚铁

专题：实验题

分析：【实验设计】
方法一：（1）打开C时，铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，生成的氢气将空气排出，关闭C时，生成的氢气将硫酸亚铁排入B中，硫酸亚铁和氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀；
方法二：（2）用电解法制取氢氧化亚铁时，阳极上铁失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子放电，阴极附近生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子生成氢氧化亚铁；
【探究思考】
（3）根据沉淀由“白”变“绿”的现象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故分析；
（4）根据资料中关于Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的颜色信息，可判断实验中出现的灰绿色或绿色现象既非Fe（OH）₂也非Fe（OH）₃，而应该是二者混合的结果；根据铁元素的化合价，由物质Fe₃（OH）₈中铁元素化合价总和应为+8，可推断该物质的分子中含+2价Fe²⁺一个、+3价Fe³⁺二个，把铁、氢元素与氧元素结合成氧化物，而改写其化学式；
（5）根据压强对反应容器的影响及氢氧化亚铁的性质来分析；
（6）根据沉淀由“白”变“绿”的现象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故分析，因此可采取向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液生成其混合物或直接把两种物质混合，观察颜色的方法以验证沉淀由“白”变“绿”的原因．

解答：解：【实验设计】
方法一：（1）关闭活塞C，A瓶内铁粉与稀硫酸反应放出的氢气不能排出而使瓶内气体增加，压强逐渐增大，把反应生成的硫酸亚铁溶液压入B瓶内，氢氧化钠与硫酸亚铁发生反应而生成氢氧化亚铁的沉淀，因此，在B瓶内观察到沉淀产生，涉及的反应有：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O，
故答案为：B；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑、FeSO₄+2NaOH=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄、H₂SO₄+2NaOH=Na₂SO₄+2H₂O；
方法二：（2）按图2进行实验，最终在两极间的溶液中首先观察到白色沉淀，则阳极上铁放电生成亚铁离子，所以铁作阳极，金属或导电的非金属作阴极，可以选用铁或石墨；
阴极上氢离子放电同时有氢氧根离子生成，所以可以选用氢氧化钠溶液或氯化钠溶液，为防止亚铁离子被氧化，则C的密度小于水的密度，所以C可以选用植物油，
故答案为：⑦；⑧；②或③；
【探究思考】
（3）根据沉淀由“白”变“绿”的现象是由于Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故，
故答案为：由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量Fe（OH）₃；
（4）由资料信息可知，氢氧化亚铁为白色而氢氧化铁为棕色，二者的混合物呈现出绿色，因此实验中出现灰绿色或绿色的现象应是生成的Fe（OH）₂部分被氧化而混入少量的Fe（OH）₃的缘故；资料中提及的微绿色Fe₃（OH）₈，可理解为Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的结合起的一种物质，其中既有+2价铁也有+3价铁，因此改写为氧化物的形式时，8个氢原子应结合成4H₂O，所以应写成：FeO?Fe₂O₃?4H₂O，
故答案为：由于Fe（OH）₂部分被氧化，混入少量的Fe（OH）₃；FeO?Fe₂O₃?4H₂O；
（5）验证乙同学的猜测要防止Fe （OH）₂?nH₂O被空气氧化，因此活塞C应处于打开状态，容器A中的反应也要继续进行，Fe （OH）₂?nH₂O受热分解生成氢氧化亚铁和水，
故答案为：打开；发生；Fe（OH）₂?nH₂O

△   .

Fe（OH）₂+nH₂O；
（6）由于出现的沉淀由白变绿是因为形成了Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的混合沉淀，因此可利用向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中直接加入NaOH溶液，反应生成Fe（OH）₂与Fe（OH）₃的混合沉淀物，观察此时沉淀物的颜色，或直接取Fe（OH）₂与Fe（OH）₃进行混合，观察混合后颜色的方法，以解释沉淀由“白”变“绿”的现象，
故答案为：向Fe²⁺和Fe³⁺的混合液中加入NaOH溶液后，观察生成的沉淀的颜色是否为灰绿色（或者可以将Fe（OH）₃和Fe（OH）₂混合后观察其颜色．

点评：本题考查了实验探究氢氧化亚铁的制备及氢氧化亚铁易变色的原因，制取氢氧化亚铁时要排除氧气的干扰，根据题给信息结合资料正确分析解答，明确出现现象的原因，题目难度较大．