Question

Fe是地殼中含量很豐富的元素，也是生物體所必須的元素．
（1）我國南方某些地區的井水取出久置之后，井水由澄清變成少量紅棕色絮狀沉淀積于缸底，水面浮著一層“銹皮”．這層“銹皮”的主要成分是（寫化學式）

 

．
（2）家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，出現紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發生的化學反應是

 

（填字母代號）；
A．4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂═4Fe（OH）₃   B．2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂
C．2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-              D．Fe-3e^-═Fe³⁺
（3）某化學研究性學習小組討論Fe³⁺和SO₃^2-之間發生怎樣的反應，提出了兩種可能：一是發生氧化還原反應：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O═2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；二是發生雙水解反應：2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O═2Fe（OH）₃（膠體）+3H₂SO₃．為了證明是哪一種反應，同學們設計并實施了下列實驗，請填寫下列空白：
①實驗Ⅰ，取5mLFeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，觀察到溶液的顏色由黃色變為紅棕色，無氣泡產生，無沉淀生成，繼續加入Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變為紅褐色．這種紅褐色液體是

 

．向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現象是

 

．將溶液分成兩等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液變為血紅色，反應的離子方程式為

 

．另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，產生該白色沉淀的離子方程式

 

．
②實驗Ⅱ，換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復實驗Ⅰ，產生的現象完全相同．由上述實驗得出的結論是

 

．
③若在FeCl₃濃溶液中加入Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產生無色氣體，該反應的化學方程式是

 

．
④從形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是從上述實驗中可以看到，二者的水溶液與氯化鐵溶液反應的現象差別很大，分析其原因可能是：
Ⅰ．

 

；
Ⅱ．

 

；
（4）自然界中鐵礦石主要有赤鐵礦和磁鐵礦，應用高爐能冶煉制得金屬鐵．Fe₃O₄在高爐中有下列反應：Fe₃O₄+CO═3FeO+CO₂
反應形成的固體混合物（FeO、Fe₃O₄）中，元素氧和鐵的質量比用m（O）：m（Fe）表示．設Fe₃O₄被CO還原的質量分數為x，則x與混合物中m（O）：m（Fe）的關系式（用含m（O）、m（Fe）的代數式表示）：x=

 

．

Answer 1

分析：（1）根據棕紅色絮狀沉淀分析；
（2）燒過菜的鐵鍋未及時洗滌（殘液中含NaCl等），第二天便出現紅棕色銹斑[Fe（OH）₃失水的產物]，是金屬鐵發生吸氧腐蝕的結果，正極發生的是氧氣得電子的還原反應，負極是金屬鐵是失電子的氧化反應；
（3）①根據氫氧化鐵的顏色為紅褐色進行判斷反應生成了氫氧化鐵膠體；加入KSCN溶液，溶液變為血紅色，證明溶液中存在鐵離子；在鹽酸中能夠生成與氯化鋇生成的白色沉淀為硫酸鋇沉淀，根據反應生成了氫氧化鐵和硫酸根離子進行分析；
分析：②根據反應生成了氫氧化鐵和硫酸根離子進行分析；
③根據碳酸根離子與鐵離子發生了雙水解生成氫氧化鐵和二氧化碳寫出離子方程式；
④根據碳酸鈉和亞硫酸鈉的本身性質進行判斷；
（4）依據反應前后固體質量減小為氧元素質量和鐵元素、氧元素守恒列式計算得到．

解答：解：（1）根據紅褐色絮狀沉淀為氫氧化鐵，可知該物質為Fe₂O₃，故答案為：Fe₂O₃；
（2）A、氫氧化亞鐵不穩定，易被氧氣氧化為氫氧化鐵，即4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，故A發生；
B、正極發生的是氧氣得電子的還原反應，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，負極是金屬鐵是失電子的氧化反應，即Fe-2e^-═Fe²⁺，Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂，合并得到：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂↓，故B發生；
C、金屬鐵發生吸氧腐蝕，正極發生的是氧氣得電子的還原反應，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故C發生；
D、金屬鐵發生吸氧腐蝕，負極是金屬鐵是失電子的氧化反應，即Fe-2e^-═Fe²⁺，所以Fe-3e^-=Fe³⁺不發生，故D不發生；
故答案為：D；
（3）①FeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，鐵離子能夠與亞硫酸根離子發生水解生成了紅褐色的氫氧化鐵膠體；向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現象是先產生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產生；
加入KSCN溶液，溶液變為血紅色，反應反應的離子方程式為：Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；
加入氯化鋇生成白色沉淀，白色沉淀為硫酸鋇，反應的離子方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄，
故答案為：氫氧化鐵膠體（或膠體）；先產生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產生；Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓；
②換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復實驗Ⅱ，產生的現象完全相同，證明了Fe³⁺與SO₃^2-發生氧化還原反應和雙水解反應是同時進行的，
故答案為：Fe³⁺與SO₃^2-同時發生氧化還原反應和雙水解反應；
③在FeCl₃濃溶液中加Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產生無色氣體，二者發生了雙水解反應，反應的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
④由于亞硫酸根離子具有較強的還原性，能夠與鐵離子發生氧化還原反應，而碳酸根離子沒有還原性；
鐵離子與亞硫酸根離子生成了氫氧化鐵膠體，與碳酸根離子反應生成了氫氧化鐵沉淀，說明碳酸根離子水解能力比亞硫酸根離子大，
故答案為：SO₃^2-有較強的還原性，CO₃^2-沒有還原性，且SO₃^2-水解能力較CO₃^2-��；
（4）設Fe₃O₄ 其物質的量是1mol，被還原的Fe₃O₄ 是x Fe₃O₄ +CO=3FeO+CO₂  m（固體減少的質量）
232    28   216   44   16
則根據方程式可以發現：固體減少的質量就是氧的質量
所以有元素O和Fe的質量比用m（O）：m（Fe）：
反應前m（O）：m（Fe）=168：64
反應后m（Fe）：m（O）=168：（64--16x）
整理得到：x=[64--168×（m（O）：m（Fe））]÷16
x=4-

21

2

×

m(O)

m(Fe)

；
故答案為：4-

21

2

×

m(O)

m(Fe)

．

點評：本題考查了鐵及其化合物性質的分析應用，電化腐蝕原理分析，離子檢驗的實驗設計分析判斷，掌握物質性質和反應現象是解題關鍵，題目難度中等．