Question

15．某校化學興趣小組為探究FeSO₄和NaHCO₃的反應，按如圖所示操作將NaHCO₃溶液滴加到FeSO₄溶液中（FeSO₄和NaHCO₃溶液均用經煮沸后冷卻的蒸餾水配制，并在FeSO₄溶液中加入少量鐵粉）．觀察到試管中立即出現白色沉淀，同時有大量無色氣體生成．
（1）實驗室欲配制10%的NaHCO₃溶液，所需儀器有：燒杯、玻璃棒、藥匙、托盤天平、量筒（寫出另外兩種）
（2）產生的氣體是CO₂（填分子式）．
【查閱資料】：FeCO₃為白色固體，不溶于水，在干燥空氣中穩定，潮濕環境中需較長時間才能被氧化為Fe（OH）₃．
（3）關于白色沉淀的成分，小組同學提出如下假設，請補充完成假設3：
假設l：白色沉淀是Fe（OH）₂；
假設2：白色沉淀是FeCO₃；
假設3：白色沉淀是Fe（OH）₂和FeCO₃．
（4）若假設2成立，寫出生成FeCO₃的離子方程式：FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑．經煮沸后冷卻的蒸餾水配制FeSO₄溶液的目的是除去水中溶解的氧氣，防止生成的Fe（OH）₂被迅速氧化．某同學認為白色沉淀不可能為Fe（OH）₂，你是否同意其觀點？不同意．（填“同意”或“不同意”）．
（5）請設計一個實驗方案，驗證假設2是否成立．向生成白色沉淀的試管中通入空氣，若白色沉淀長時間內不變色，則假設2成立；或向生成白色沉淀的試管中通入空氣，若白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變為紅褐色，則假設2不成立．

Answer 1

分析 （1）配制10%的NaHCO₃溶液，需要用托盤天平量取碳酸氫鈉的質量，還需要用量筒量取水的體積；
（2）亞鐵離子和碳酸氫根離子發生雙水解反應生成CO₂；
（3）白色固體可能是Fe（OH）₂和FeCO₃的混合物；
（4）FeSO₄和NaHCO₃反應生成Fe（OH）₂沉淀、二氧化碳和硫酸鈉；二價鐵不穩定，易被氧氣氧化而干擾實驗；堿性條件下，亞鐵離子生成Fe（OH）₂沉淀；
（5）如果白色沉淀是Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不穩定，極易被氧化生成Fe（OH）₃；FeCO₃在干燥空氣中穩定，潮濕環境中需較長時間才能被氧化為Fe（OH）₃，通入空氣后根據白色固體變色時間長短判斷白色沉淀成分．

解答 解：（1）實驗室欲配制10%的NaHCO₃溶液，所需儀器有：燒杯、玻璃棒、藥匙，還缺少稱量碳酸氫鈉質量的儀器托盤天平及量取水的體積的儀器量筒，
故答案為：托盤天平；量筒；
（2）亞鐵離子和碳酸氫根離子發生雙水解反應生成氫氧化亞鐵和CO₂，所以生成的氣體是CO₂，故答案為：CO₂；
（3）白色固體可能是Fe（OH）₂和FeCO₃的混合物，所以假設3為白色固體是Fe（OH）₂和FeCO₃，故答案為：Fe（OH）₂和FeCO₃；
（4）FeSO₄和NaHCO₃反應生成Fe（OH）₂沉淀、二氧化碳，根據元素守恒知還生成硫酸鈉，反應方程式為FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑；
二價鐵不穩定，易被氧氣氧化而干擾實驗，所以經煮沸后冷卻的蒸餾水配制FeSO₄和NaHCO₃溶液的目的是除去水中溶解的氧氣，防止生成的氫氧化亞鐵被迅速氧化；
反應體系進行了無氧處理并且碳酸氫鈉水解提供了堿性環境，所以白色沉淀中一定含有氫氧化亞鐵，
故答案為：FeSO₄+2NaHCO₃=Fe（OH）₂↓+Na₂SO₄+2CO₂↑；除去水中溶解的氧氣，防止生成的氫氧化亞鐵被迅速氧化；不同意；
（5）如果白色沉淀是Fe（OH）₂，Fe（OH）₂不穩定，極易被氧化生成Fe（OH）₃；FeCO₃在干燥空氣中穩定，潮濕環境中需較長時間才能被氧化為Fe（OH）₃，通入空氣后根據白色固體變色時間長短判斷白色沉淀成分，所以其實驗步驟、預期現象和結論為：向生成的白色沉淀的試管中通入空氣，若白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變為紅褐色，則假設2不成立；若白色沉淀短時間內不變色，則假設2成立，
故答案為：向生成的白色沉淀的試管中通入空氣，若白色沉淀迅速變成灰綠色，最后變為紅褐色，則假設2不成立；若白色沉淀短時間內不變色，則假設2成立．

點評 本題考查性質實驗方案設計，題目難度中等，側重考查學生分析、判斷及實驗操作能力，明確實驗原理及物質性質是解本題關鍵，難點是（5）實驗方案設計方法，需要利用物質性質的不同點設計方案．