Question

16．在“部分酸堿鹽溶解性表”中存在“碳酸亞鐵”．某學習小組設計實驗探究碳酸亞鐵的性質．
（一）制備碳酸亞鐵．
將一定量新制備的硫酸亞鐵溶液和過量的碳酸氫銨溶液混合產生大量沉淀和氣體．
（1）寫出離子方程式：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
（二）探究碳酸亞鐵的熱穩定性（加熱儀器省略）

連接儀器、裝藥品．打開K，先通入一段時間氮氣，然后，用酒精噴燈在A處加熱玻璃管，觀察B瓶溶液變渾濁．待固體分解完后，繼續通入氮氣至玻璃管冷卻．
（2）先通入氮氣的目的是排盡裝置內空氣，避免氧氣干擾．B瓶現象能說明分解產物有二氧化碳．
（3）停止加熱之前，是否拆開A、B之間橡膠管？答：否；理由是通入氮氣，玻璃管內氣壓不會減小．
（三）探究碳酸亞鐵還原性
【查閱資料】
①氧化亞鐵是一種黑色粉末，它不穩定，在空氣中加熱，就迅速被氧化成四氧化三鐵．
②碳酸亞鐵在空氣中灼燒生成氧化鐵．
（4）探究碳酸亞鐵和氧氣反應的固體成分：
①【提出設想】
假設1  固體成分是氧化鐵；
假設2  固體成分是四氧化三鐵；
假設3氧化鐵和四氧化三鐵．
②【實驗驗證】連接儀器、裝藥品，打開止水夾K，通入氧氣，加熱玻璃管．Y瓶中澄清石灰水不產生沉淀時，停止加熱，繼續通入氧氣至玻璃管冷卻．
取少量玻璃管里固體于試管，滴加稀硫酸，微熱，固體完全溶解．將溶液分成甲、乙兩份溶液，進行后續實驗．

實驗編號	實驗步驟	實驗現象
i	向甲溶液滴加KSCN溶液	溶液變紅色
ii	向乙溶液滴加酸性高錳酸鉀溶液	溶液不褪色

【實驗評價】③上述實驗i（填：i或ii）不能確定樣品成分．
【實驗結論】根據上述實驗結果，該小組得到碳酸亞鐵在氧氣中高溫灼燒得到產物是溶液變紅色，只證明有+3價鐵，固體可能是氧化鐵、四氧化三鐵、氧化鐵和四氧化三鐵混合物．
（5）定量探究：取23.2g純凈固體碳酸亞鐵，在空氣中高溫灼燒至恒重，稱得固體質量凈減7.2g．通過計算確定固體成分是氧化鐵．

Answer 1

分析 （1）硫酸亞鐵和碳酸氫銨發生復分解反應生成碳酸亞鐵沉淀、二氧化碳和水；
（2）亞鐵鹽不穩定，易被空氣中氧氣氧化生成鐵鹽，從而干擾實驗；
根據元素守恒知，能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳；
（3）通入氮氣，玻璃管內氣壓不會減小，所以不會產生倒吸現象；
（4）①固體可能是氧化鐵和四氧化三鐵的混合物；
②鐵離子能和KSCN溶液反應生成血紅色溶液；
亞鐵離子具有還原性，能被酸性高錳酸鉀溶液氧化而使酸性高錳酸鉀溶液褪色；
（5）根據最初固體質量和減少質量之間的關系式確定固體成分．

解答 解：（1）硫酸亞鐵和碳酸氫銨溶液反應生成硫酸氫銨、碳酸亞鐵，硫酸氫銨電離氫離子，和碳酸氫銨反應生成二氧化碳和水，化學方程式為FeSO₄+2NH₄HCO₃=FeCO₃↓+（NH₄）2SO₄+CO₂↑+H₂O，離子方程式為Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Fe²⁺+2HCO₃^-=FeCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（2）探究碳酸亞鐵穩定性，排除裝置內空氣，避免空氣氧化+2價鐵元素；B中澄清石灰水變渾濁，說明碳酸亞鐵分解產物有二氧化碳，
故答案為：排盡裝置內空氣，避免氧氣干擾；分解產物有二氧化碳；
（3）繼續通入氮氣，不會減小玻璃管內氣壓，所以不能產生倒吸，則不必拆開A、B之間橡膠管，
故答案為：否；通入氮氣，玻璃管內氣壓不會減小；
（4）①固體可能是氧化鐵和四氧化三鐵，故答案為：氧化鐵和四氧化三鐵；
③實驗（i）只能證明樣品含有+3價鐵元素，不能證明是否有+2價．實驗（ii）證明殘留固體不含+2價，則一定含+3價鐵，故殘留固體成分是氧化鐵，
故答案為：i；溶液變紅色，只證明有+3價鐵，固體可能是氧化鐵、四氧化三鐵、氧化鐵和四氧化三鐵混合物；
（5）假設碳酸亞鐵在氧氣中分解產物為四氧化三鐵，則固體凈減質量為m．
6FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₃O₄+6CO₂ 固體凈減質量
6×116                   232
232.2g                   m
$\frac{6×116}{232}$=$\frac{23.2g}{m}$，
m=7.7g＞7.2g．
假設碳酸亞鐵在氧氣中高溫反應固體產物為氧化鐵，則固體凈減質量為x．
4FeCO₃+O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Fe₂O₃+4CO₂ 固體凈減質量
4×116                   144
23.2g                    x
$\frac{4×116}{144}$=$\frac{23.2g}{x}$，x=7.2g，
與題意相符，故碳酸亞鐵在氧氣中高溫灼燒生成氧化鐵；
故答案為：氧化鐵．

點評 本題考查性質實驗方案設計，為高頻考點，涉及離子方程式的書寫、物質成分判斷、離子檢驗等知識點，同時考查學生分析判斷、實驗操作及計算能力，難點是（5）題成分判斷，要利用假設法解答，題目難度中等．