Question

15．某校化学兴趣小组为探究FeSO₄和NaHCO₃的反应，按如图所示操作将NaHCO₃溶液滴加到FeSO₄溶液中（FeSO₄和NaHCO₃溶液均用经煮沸后冷却的蒸馏水配制，并在FeSO₄溶液中加入少量铁粉）．观察到试管中立即出现白色沉淀，同时有大量无色气体生成．
（1）实验室欲配制10%的NaHCO₃溶液，所需仪器有：烧杯、玻璃棒、药匙、托盘天平、量筒（写出另外两种）
（2）产生的气体是CO₂（填分子式）．
【查阅资料】：FeCO₃为白色固体，不溶于水，在干燥空气中稳定，潮湿环境中需较长时间才能被氧化为Fe（OH）₃．
（3）关于白色沉淀的成分，小组同学提出如下假设，请补充完成假设3：
假设l：白色沉淀是Fe（OH）₂；
假设2：白色沉淀是FeCO₃；
假设3：白色沉淀是Fe（OH）₂和FeCO₃．
（4）若假设2成立，写出生成FeCO₃的离子方程式：FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑．经煮沸后冷却的蒸馏水配制FeSO₄溶液的目的是除去水中溶解的氧气，防止生成的Fe（OH）₂被迅速氧化．某同学认为白色沉淀不可能为Fe（OH）₂，你是否同意其观点？不同意．（填“同意”或“不同意”）．
（5）请设计一个实验方案，验证假设2是否成立．向生成白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀长时间内不变色，则假设2成立；或向生成白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色，则假设2不成立．

Answer 1

分析 （1）配制10%的NaHCO₃溶液，需要用托盘天平量取碳酸氢钠的质量，还需要用量筒量取水的体积；
（2）亚铁离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成CO₂；
（3）白色固体可能是Fe（OH）₂和FeCO₃的混合物；
（4）FeSO₄和NaHCO₃反应生成Fe（OH）₂沉淀、二氧化碳和硫酸钠；二价铁不稳定，易被氧气氧化而干扰实验；碱性条件下，亚铁离子生成Fe（OH）₂沉淀；
（5）如果白色沉淀是Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定，极易被氧化生成Fe（OH）₃；FeCO₃在干燥空气中稳定，潮湿环境中需较长时间才能被氧化为Fe（OH）₃，通入空气后根据白色固体变色时间长短判断白色沉淀成分．

解答 解：（1）实验室欲配制10%的NaHCO₃溶液，所需仪器有：烧杯、玻璃棒、药匙，还缺少称量碳酸氢钠质量的仪器托盘天平及量取水的体积的仪器量筒，
故答案为：托盘天平；量筒；
（2）亚铁离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化亚铁和CO₂，所以生成的气体是CO₂，故答案为：CO₂；
（3）白色固体可能是Fe（OH）₂和FeCO₃的混合物，所以假设3为白色固体是Fe（OH）₂和FeCO₃，故答案为：Fe（OH）₂和FeCO₃；
（4）FeSO₄和NaHCO₃反应生成Fe（OH）₂沉淀、二氧化碳，根据元素守恒知还生成硫酸钠，反应方程式为FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑；
二价铁不稳定，易被氧气氧化而干扰实验，所以经煮沸后冷却的蒸馏水配制FeSO₄和NaHCO₃溶液的目的是除去水中溶解的氧气，防止生成的氢氧化亚铁被迅速氧化；
反应体系进行了无氧处理并且碳酸氢钠水解提供了碱性环境，所以白色沉淀中一定含有氢氧化亚铁，
故答案为：FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑；除去水中溶解的氧气，防止生成的氢氧化亚铁被迅速氧化；不同意；
（5）如果白色沉淀是Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不稳定，极易被氧化生成Fe（OH）₃；FeCO₃在干燥空气中稳定，潮湿环境中需较长时间才能被氧化为Fe（OH）₃，通入空气后根据白色固体变色时间长短判断白色沉淀成分，所以其实验步骤、预期现象和结论为：向生成的白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色，则假设2不成立；若白色沉淀短时间内不变色，则假设2成立，
故答案为：向生成的白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色，则假设2不成立；若白色沉淀短时间内不变色，则假设2成立．

点评 本题考查性质实验方案设计，题目难度中等，侧重考查学生分析、判断及实验操作能力，明确实验原理及物质性质是解本题关键，难点是（5）实验方案设计方法，需要利用物质性质的不同点设计方案．