Question

15．某化学研究性学习小组讨论Fe³⁺和SO₃^2-之间发生怎样的反应，提出了两种可能：一是发生氧化还原反应：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；二是发生双水解反应：2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O=2Fe（OH）₃（胶体）+3H₂SO₃．为了证明是哪一种反应发生，同学们设计并实施了下列实验，请填写下列空白：
实验Ⅰ，学生选择的实验用品：Na₂SO₃浓溶液、BaCl₂稀溶液、稀盐酸；试管若干、胶头滴管若干．从选择的药品分析，作者设计这个实验的目的是检验Na₂SO₃是否变质（或检验Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄）．
实验Ⅱ，取5mLFeCl₃浓溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃浓溶液，观察到溶液颜色由黄色变为红棕色，无气泡产生，无沉淀生成，继续加入Na₂SO₃浓溶液至过量，溶液颜色加深，最终变为红褐色．这种红褐色液体是氢氧化铁胶体（或胶体）．向红褐色液体中逐滴加入稀盐酸至过量，可以观察到的现象是先产生红褐色沉淀，后沉淀逐渐溶解，溶液变成黄色且有气泡产生．将溶液分成两等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液变成血红色，反应的离子方程式为Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃．另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，产生该白色沉淀的离子方程式是Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓．
实验Ⅲ，换用稀释的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重复实验Ⅰ、Ⅱ，产生的现象完全相同．由上述实验得出的结论是Fe³⁺与SO₃^2-同时发生氧化还原反应和双水解反应．若在FeCl₃浓溶液中加入Na₂CO₃浓溶液，观察到红褐色沉淀并且产生无色气体，该反应的化学方程式是2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
从形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是从上述实验中可以看到，二者的水溶液与氯化铁溶液反应的现象差别很大，分析其原因可能是：
①SO₃^2-有较强的还原性，CO₃^2-没有还原性；
②SO₃^2-水解能力较CO₃^2-小．

Answer 1

分析 实验I：Na₂SO₃浓溶液中+4价的硫易被氧化成+6价，选择BaCl₂稀溶液，可用来检验硫酸根离子的存在；
实验II：Fe³⁺和SO₃^2-之间若发生氧化还原反应，则溶液的颜色由黄色逐渐变为亚铁离子的绿色，而实验现象证明未发生氧化还原反应，应该发生双水解反应，所以出现的红褐色的液体应是氢氧化铁胶体（或胶体）；向胶体中加入电解质溶液，胶体会发生聚沉现象，所以有红褐色沉淀生成；继续滴加盐酸，因为盐酸与氢氧化铁沉淀反应，所以沉淀逐渐溶解最终消失，溶液变黄色，同时盐酸与亚硫酸钠反应有气体生成；KSCN溶液与铁离子发生络合反应，生成硫氰化铁；另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，因为亚硫酸根离子与盐酸反应了，所以溶液中不存在亚硫酸根离子，所以此时产生的白色沉淀应是硫酸钡沉淀；
实验III：由以上实验现象分析，Fe³⁺和SO₃^2-之间同时发生氧化还原反应和双水解反应；FeCl₃浓溶液中加入Na₂CO₃溶液，则二者只发生双水解反应，生成氢氧化铁沉淀和二氧化碳气体；
①从化合价上判断CO₃^2-离子中的C元素是+4价为最高价，无还原性，不可能与Fe³⁺发生氧化还原反应；而SO₃^2-离子中的S元素是+4价，为中间价态，具有还原性，可与Fe³⁺发生氧化还原反应；
②从水解程度判断，碳酸的酸性比亚硫酸的酸性弱，所以CO₃^2-离子水解程度大于SO₃^2-离子的水解程度，CO₃^2-离子与Fe³⁺发生双水解反应比较彻底．

解答 解：实验Ⅰ：该同学选择的药品中有BaCl₂稀溶液，用来检验硫酸根离子的存在，所以实验I的目的是检验Na₂SO₃是否变质（或检验Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄），
故答案为：检验Na₂SO₃是否变质（或检验Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄）；
实验Ⅱ：FeCl₃浓溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃浓溶液，铁离子能够与亚硫酸根离子发生水解生成了红褐色的氢氧化铁胶体；向红褐色液体中逐滴加入稀盐酸至过量，可以观察到的现象是先产生红褐色沉淀，后沉淀逐渐溶解，溶液变成黄色且有气泡产生；
加入KSCN溶液，溶液变为血红色，反应反应的离子方程式为：Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；
加入氯化钡生成白色沉淀，白色沉淀为硫酸钡，反应的离子方程式为：Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄，
故答案为：氢氧化铁胶体（或胶体）；先产生红褐色沉淀，后沉淀逐渐溶解，溶液变成黄色且有气泡产生；Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓；
实验Ⅲ：换用稀释的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重复实验Ⅱ，产生的现象完全相同，证明了Fe³⁺与SO₃^2-发生氧化还原反应和双水解反应是同时进行的，在FeCl₃浓溶液中加Na₂CO₃浓溶液，观察到红褐色沉淀并且产生无色气体，二者发生了双水解反应，反应的离子方程式为：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案为：Fe³⁺与SO₃^2-同时发生氧化还原反应和双水解反应；2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
①CO₃^2-离子中的C元素是+4价为最高价，无还原性，不可能与Fe³⁺发生氧化还原反应，由于亚硫酸根离子具有较强的还原性，能够与铁离子发生氧化还原反应，
故答案为：SO₃^2-有较强的还原性，CO₃^2-没有还原性；
②铁离子与亚硫酸根离子生成了氢氧化铁胶体，与碳酸根离子反应生成了氢氧化铁沉淀，说明碳酸根离子水解能力比亚硫酸根离子大，
故答案为：SO₃^2-水解能力较CO₃^2-小．

点评 本题考查了铁及其化合物性质的分析应用，考查对实验原理、实验现象的分析判断，氧化还原反应、双水解反应的应用，离子方程式的书写，掌握物质性质和反应现象是解题关键，题目难度中等．