Question

【題目】為探究FeCl3溶液中的離子平衡和離子反應，某小組同學進行了如下實驗。

（1）配制50 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液，測其pH約為0.7，即c(H+) = 0.2 mol·L1。

① 用化學用語解釋FeCl3溶液呈酸性的原因： 。

② 下列實驗方案中，能使FeCl3溶液pH升高的是 （填字母序號）。

a. 加水稀釋 b. 加入FeCl3固體

c. 滴加濃KSCN溶液 d. 加入NaHCO3固體

（2）小組同學利用上述FeCl3溶液探究其與足量鋅粉的反應。實驗操作及現象如下：

操作	現象
向反應瓶中加入6.5 g鋅粉，然后加入50 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液，攪拌	溶液溫度迅速上升，稍后出現紅褐色沉淀，同時出現少量氣泡；反應一段時間后靜置，上層溶液為淺綠色，反應瓶底部有黑色固體
收集檢驗反應過程中產生的氣體	集氣管口靠近火焰，有爆鳴聲

已知：Zn的性質與Al相似，能發生反應：Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2 ↑

① 結合實驗現象和平衡移動原理解釋出現紅褐色沉淀的原因： 。

② 用離子方程式解釋反應后溶液為淺綠色的原因： 。

③ 分離出黑色固體，經下列實驗證實了其中含有的主要物質。

i. 黑色固體可以被磁鐵吸引；

ii. 向黑色固體中加入足量的NaOH溶液，產生氣泡；

iii. 將ii中剩余固體用蒸餾水洗滌后，加入稀鹽酸，產生大量氣泡；

iv. 向iii反應后的溶液中滴加KSCN溶液，無變化。

a. 黑色固體中一定含有的物質是 。

b. 小組同學認為上述實驗無法確定黑色固體中是否含有Fe3O4，理由是 。

（3）為進一步探究上述1.0 mol·L1 FeCl3溶液中Fe3+和H+氧化性的相對強弱，繼續實驗并觀察到反應開始時現象如下：

操作	現象
將5 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液與0.65 g鋅粉混合	溶液溫度迅速上升，開始時幾乎沒有氣泡
將 與0.65 g鋅粉混合	溶液中立即產生大量氣泡

小組同學得出結論：在1.0 mol·L1 FeCl3溶液中，Fe3+的氧化性比H+更強。

Answer 1

【答案】

（1）① Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+；② acd

（2）① 溶液溫度升高，反應過程中出現H2使溶液中c(H+)降低，都會促進Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，出現紅褐色Fe(OH)3沉淀；② 2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+；③ a. Fe和Zn；b. iii中，若存在Fe3O4，稀鹽酸與Fe3O4反應產生的Fe3+可與Fe繼續反應生成Fe2+，導致在iv中檢測不到Fe3+，與沒有Fe3O4得到的iv中現象相同

（3）5 mL 0.2 mol·L-1（或pH = 0.7）的鹽酸 （可不考慮Cl-對反應的影響）

【解析】

試題分析：（1）①FeCl3溶液呈酸性是因為氯化鐵水解的結果，故答案為：Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+；

② a. 加水稀釋，盡管促進氯化鐵水解，但氫離子濃度減小，pH增大，正確；b. 加入FeCl3固體，氯化鐵溶液的濃度增大，水解程度減小，但氫離子濃度增大，pH減小，錯誤；c. 滴加濃KSCN溶液，使得鐵離子濃度減小，Fe3+ + 3H2OFe(OH)3 + 3H+逆向移動，酸性減弱，pH增大，正確；d. 加入NaHCO3固體，使得氫離子濃度減小，pH增大，正確；故選acd；

（2）①溶液溫度升高，反應過程中出現H2使溶液中c(H+)降低，都會促進Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，出現紅褐色Fe(OH)3沉淀，故答案為：溶液溫度升高，反應過程中出現H2使溶液中c(H+)降低，都會促進Fe3+ + 3H2O Fe(OH)3 + 3H+正向移動，出現紅褐色Fe(OH)3沉淀；

② 鋅與鐵離子發生氧化還原反應生成亞鐵離子，使得反應后溶液為淺綠色，故答案為：2Fe3+ + Zn = 2Fe2+ + Zn2+；

③a. 黑色固體可以被磁鐵吸引說明含有鐵，向黑色固體中加入足量的NaOH溶液，產生氣泡，說明含有鋅，因此黑色固體中一定鐵和鋅，故答案為：Fe和Zn；

b. iii中，若存在Fe3O4，稀鹽酸與Fe3O4反應產生的Fe3+可與Fe繼續反應生成Fe2+，導致在iv中檢測不到Fe3+，與沒有Fe3O4得到的iv中現象相同，故答案為：iii中，若存在Fe3O4，稀鹽酸與Fe3O4反應產生的Fe3+可與Fe繼續反應生成Fe2+，導致在iv中檢測不到Fe3+，與沒有Fe3O4得到的iv中現象相同；

（3）要使得溶液中立即產生大量氣泡，可以用5 mL 0.2 mol·L-1的鹽酸于鋅反應，根據探究目的：比較1.0 mol·L1 FeCl3溶液中Fe3+和H+氧化性的相對強弱。將5 mL 1.0 mol·L1的FeCl3溶液與0.65 g鋅粉混合，溶液溫度迅速上升，開始時幾乎沒有氣泡，說明發生鐵離子與鋅的氧化還原反應，而不是水解生成的氫離子與鋅反應，從而說明在1.0 mol·L1 FeCl3溶液中，Fe3+的氧化性比H+更強，故答案為：5 mL 0.2 mol·L-1的鹽酸。