Question

Fe是地壳中含量很丰富的元素，也是生物体所必须的元素．
（1）我国南方某些地区的井水取出久置之后，井水由澄清变成少量红棕色絮状沉淀积于缸底，水面浮着一层“锈皮”．这层“锈皮”的主要成分是（写化学式）

 

．
（2）家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是

 

（填字母代号）；
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，同学们设计并实施了下列实验，请填写下列空白：
①实验Ⅰ，取5mLFeCl₃浓溶液于试管中，逐滴加入Na₂SO₃浓溶液，观察到溶液的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

 

．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

 

．将溶液分成两等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液变为血红色，反应的离子方程式为

 

．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

 

．
②实验Ⅱ，换用稀释的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重复实验Ⅰ，产生的现象完全相同．由上述实验得出的结论是

 

．
③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

 

．
④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：
Ⅰ．

 

；
Ⅱ．

 

；
（4）自然界中铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿，应用高炉能冶炼制得金属铁．Fe₃O₄在高炉中有下列反应：Fe₃O₄+CO═3FeO+CO₂
反应形成的固体混合物（FeO、Fe₃O₄）中，元素氧和铁的质量比用m（O）：m（Fe）表示．设Fe₃O₄被CO还原的质量分数为x，则x与混合物中m（O）：m（Fe）的关系式（用含m（O）、m（Fe）的代数式表示）：x=

 

．

Answer 1

分析：（1）根据棕红色絮状沉淀分析；
（2）烧过菜的铁锅未及时洗涤（残液中含NaCl等），第二天便出现红棕色锈斑[Fe（OH）₃失水的产物]，是金属铁发生吸氧腐蚀的结果，正极发生的是氧气得电子的还原反应，负极是金属铁是失电子的氧化反应；
（3）①根据氢氧化铁的颜色为红褐色进行判断反应生成了氢氧化铁胶体；加入KSCN溶液，溶液变为血红色，证明溶液中存在铁离子；在盐酸中能够生成与氯化钡生成的白色沉淀为硫酸钡沉淀，根据反应生成了氢氧化铁和硫酸根离子进行分析；
分析：②根据反应生成了氢氧化铁和硫酸根离子进行分析；
③根据碳酸根离子与铁离子发生了双水解生成氢氧化铁和二氧化碳写出离子方程式；
④根据碳酸钠和亚硫酸钠的本身性质进行判断；
（4）依据反应前后固体质量减小为氧元素质量和铁元素、氧元素守恒列式计算得到．

解答：解：（1）根据红褐色絮状沉淀为氢氧化铁，可知该物质为Fe₂O₃，故答案为：Fe₂O₃；
（2）A、氢氧化亚铁不稳定，易被氧气氧化为氢氧化铁，即4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═4Fe（OH）₃，故A发生；
B、正极发生的是氧气得电子的还原反应，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，负极是金属铁是失电子的氧化反应，即Fe-2e^-═Fe²⁺，Fe²⁺+2OH^-═Fe（OH）₂，合并得到：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂↓，故B发生；
C、金属铁发生吸氧腐蚀，正极发生的是氧气得电子的还原反应，即2H₂O+O₂+4e^-═4OH^-，故C发生；
D、金属铁发生吸氧腐蚀，负极是金属铁是失电子的氧化反应，即Fe-2e^-═Fe²⁺，所以Fe-3e^-=Fe³⁺不发生，故D不发生；
故答案为：D；
（3）①FeCl₃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↓；
②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，
故答案为：Fe³⁺与SO₃^2-同时发生氧化还原反应和双水解反应；
③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：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
④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，而碳酸根离子没有还原性；
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-有较强的还原性，CO₃^2-没有还原性，且SO₃^2-水解能力较CO₃^2-小；
（4）设Fe₃O₄ 其物质的量是1mol，被还原的Fe₃O₄ 是x Fe₃O₄ +CO=3FeO+CO₂  m（固体减少的质量）
232    28   216   44   16
则根据方程式可以发现：固体减少的质量就是氧的质量
所以有元素O和Fe的质量比用m（O）：m（Fe）：
反应前m（O）：m（Fe）=168：64
反应后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)

；
故答案为：4-

21

2

×

m(O)

m(Fe)

．

点评：本题考查了铁及其化合物性质的分析应用，电化腐蚀原理分析，离子检验的实验设计分析判断，掌握物质性质和反应现象是解题关键，题目难度中等．