Question

【題目】碳酸亞鐵（白色固體，難溶于水）是一種重要的工業原料，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，尋找利用復分解反應制備 FeCO3 沉淀的最佳方案：

實驗	試劑		現象
	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：立即產生灰綠色沉淀，5min 后出現明顯的紅褐色
	0.8 mol/L FeSO4 溶液（pH=4.5）	1 mol/L NaHCO3 溶液 （pH=8.6）	實驗Ⅱ：產生白色沉淀及少量無色氣泡，2min 后出現明顯的灰綠色
	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 中紅褐色沉淀產生的原因可用如下反應表示，請補全反應：

□Fe2+ +□____+□ + □H2O=□ Fe(OH)3 +□HCO3

(2)實驗 II 中產生 FeCO3 的離子方程式為_____________________________。

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

	操作	現象
實驗 IV	向 0.8 mol/L FeSO4 溶液中加入①__________，再加入 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 1 mol/L NaHCO3 溶液混合	與實驗 III 現象相同

實驗 IV 中加入 Na2SO4 固體的目的是②_______________________。

對比實驗 II、III、IV，甲同學得出結論：NH4+水解產生 H+，降低溶液 pH，減少了副產物 Fe(OH)2 的產生。

乙同學認為該實驗方案不夠嚴謹，應補充的對比實驗操作是：③_____________，再取該溶液一滴管，與 2mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合。

(4)小組同學進一步討論認為，定性實驗現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，然后轉移至 A 處的廣口瓶中。

為測定 FeCO3 的純度，除樣品總質量外，還需測定的物理量是______________________。

(5)實驗反思：經測定，實驗 III 中的 FeCO3 純度高于方案 I 和方案 II。通過以上實驗分析，制備 FeCO3 實驗成功的關鍵因素是_______________________________________

Answer 1

【答案】 4Fe 2+ + 8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 Fe2+ + 2HCO3 =FeCO3↓+ CO2↑+ H2O 硫酸至 pH=4.0 控制 SO42- 濃度一致 向0.8mol/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 調節溶液 pH

【解析】(1) Fe2+被氧氣氧化為鐵離子，鐵離子與碳酸根離子發生水解生成Fe(OH)3；根據電子得失守恒：Fe2+→Fe(OH)3，鐵元素化合價升高了1，O2→2O-2，化合價降低了4，因此，Fe2+、Fe(OH)3前面系數為4，氧氣前面系數為1，再根據電荷守恒，CO32、和HCO3前面系數為8，最后再根據原子守恒，水前面系數為10，具體系數如下：4Fe 2+ + 8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 ；正確答案：4Fe 2++8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 。

(2)根據實驗現象可知，亞鐵離子與碳酸氫根離子反應，生成FeCO3和 CO2，離子方程式為：Fe2+ + 2HCO3 =FeCO3↓+CO2↑+H2O；正確答案：Fe2++2HCO3 =FeCO3↓+ CO2↑+ H2O。

（3）①探究同一酸性環境下的銨根離子的作用，因此要用硫酸調控溶液的pH=4.0；正確答案：硫酸至 pH=4.0。

②為了保證溶液中的硫酸根離子濃度的不變，向溶液中加入硫酸鈉來控制SO42- 濃度；正確答案：控制 SO42- 濃度一致。

③為了增強實驗的嚴謹性，還應向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固體至 c(SO42-)=1.6 mol/L，同一條件下做對比試驗，這樣結論更準確；正確答案：向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固體至 c(SO42-)=1.6 mol/L。

（4）碳酸鐵和稀硫酸反應生成二氧化碳氣體，水蒸氣被濃硫酸吸收后，堿石灰（C）吸收二氧化碳氣體，通過測定C中U 形管的增重，測出反應產生二氧化碳氣體的量，最后根據反應關系來測定FeCO3 的純度；正確答案：C 中 U 形管的增重。

(5)通過三組實驗分析可知，溶液的pH不同，生成FeCO3 的量不同，因此制備 FeCO3 實驗成功的關鍵因素是調節溶液 pH。正確答案：調節溶液 pH。