Question

【題目】碳酸亞鐵（白色固體，難溶于水）是一種重要的工業(yè)原料，可用于制備補血劑乳酸亞鐵，也可用作可充電電池的電極。某研究小組通過下列實驗，尋找利用復(fù)分解反應(yīng)制備FeCO3的最佳方案：

實驗	試劑		現(xiàn)象
	滴管	試管
	0.8 mol/L FeSO4溶液 （pH=4.5）	1 mol/L Na2CO3溶液 （pH=11.9）	實驗Ⅰ：立即產(chǎn)生灰綠色沉淀，5min后出現(xiàn)明顯的紅褐色
	0.8 mol/L FeSO4溶液 （pH=4.5）	1 mol/L NaHCO3溶液 （pH=8.6）	實驗Ⅱ：產(chǎn)生白色沉淀及少量無色氣泡，2min后出現(xiàn)明顯的灰綠色
	0.8 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2 溶液（pH=4.0）	1 mol/L NaHCO3溶液 （pH=8.6）	實驗Ⅲ：產(chǎn)生白色沉淀及無色氣泡，較長時間保持白色

（1）實驗I中紅褐色沉淀產(chǎn)生的原因可用如下反應(yīng)表示，請補全反應(yīng)：_____________

Fe2++ + + H2O Fe(OH)3 + HCO3

（2）實驗II中產(chǎn)生FeCO3的離子方程式為__________________。

（3）為了探究實驗III中NH4+所起的作用，甲同學(xué)設(shè)計了實驗IV進行探究：

	操作	現(xiàn)象
實驗IV	向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入________，再加入一定量Na2SO4固體配制成混合溶液（已知Na+對實驗無影響，忽略混合后溶液體積變化）。再取該溶液一滴管，與2mL 1mol/L NaHCO3溶液混合	與實驗III現(xiàn)象相同

實驗IV中加入Na2SO4固體的目的是_________。

對比實驗II、III、IV，甲同學(xué)得出結(jié)論：NH4+水解產(chǎn)生H+，降低溶液pH，減少了副產(chǎn)物Fe(OH)2的產(chǎn)生。

乙同學(xué)認為該實驗方案不夠嚴謹，應(yīng)補充的對比實驗操作是：_________，再取該溶液一滴管，與2mL 1mol/L NaHCO3溶液混合。

（4）小組同學(xué)進一步討論認為，定性實驗現(xiàn)象并不能直接證明實驗III中FeCO3的純度最高，需要利用如圖所示的裝置進行定量測定。分別將實驗I、II、III中的沉淀進行過濾、洗滌、干燥后稱量，然后轉(zhuǎn)移至A處的廣口瓶中。

① 補全A中裝置并標(biāo)明所用試劑。____________

② 為測定FeCO3的純度，除樣品總質(zhì)量外，還需測定的物理量是____________。

（5）實驗反思：經(jīng)測定，實驗III中的FeCO3純度高于實驗I和實驗II。通過以上實驗分析，制備FeCO3實驗成功的關(guān)鍵因素是____________。

Answer 1

【答案】 4Fe2+ + 8CO32 + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8HCO3 Fe2+ + 2HCO3 FeCO3↓+ CO2↑ + H2O 硫酸至pH=4.0 控制SO42-濃度，排除干擾 向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固體至c(SO42-)=1.6 mol/L C中U形管的增重 調(diào)節(jié)溶液pH

【解析】（1）因為CO32水解顯堿性，遇到Fe2+產(chǎn)生 Fe(OH)2的白色沉淀，Fe2+還原性很強，會被O2氧化變成Fe(OH)3紅棕色，所以實驗I中紅褐色沉淀產(chǎn)生的原因：Fe2+ + 8CO32 + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 ↓+ 8HCO3

（2）因為FeSO4溶液的pH=4.5顯酸性，HCO3-溶液水解顯堿性，所以兩者發(fā)生相互促進的雙水解反應(yīng)，所以反應(yīng)方程式：Fe2+ + 2HCO3 FeCO3↓+ CO2↑ + H2O

實驗II中產(chǎn)生FeCO3的離子方程式為：Fe2+ + 2HCO3 FeCO3↓+ CO2↑ + H2O

（3）加硫酸調(diào)節(jié)溶液p H=4.0抑制Fe2+的水解，根據(jù)題意知加入Na2SO4固體的目的是調(diào)節(jié)控制SO42-濃度，排除干擾。

為了驗證Na2SO4中SO42-濃度對實驗的影響，應(yīng)做對比實驗：向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固體至c(SO42-)=1.6 mol/L。

（4）①檢驗FeCO3的純度的方法是通過FeCO3與酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2的量來驗證。首先排除裝置中的空氣，防止干擾，所以此裝置應(yīng)為。答案：

②測定FeCO3的純度的方法是通過測定FeCO3與酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2的量來確定，通過C中U形管的增重的量來確定CO2的量。所以除樣品總質(zhì)量外，還要測定C中U形管的增重的量。答案：測定C中U形管的增重的量。

（5）I、II、III三個實驗中III的酸性強，所以調(diào)節(jié)溶液pH是提高FeCO3的純度的方法。答案：調(diào)節(jié)溶液pH。