Question

20．某化學研究小組在使用FeSO₄溶液與NaOH溶液制備Fe（OH）₂沉淀過程中觀察到生成的白色沉淀迅速轉變為灰綠色，最后變為紅褐色，該小組針對綠色物質展開研究．
[查閱文獻]

文獻名稱	有關Fe（OH）2的描述
《大學普通化學（下冊）》	白色沉淀，易被氧化成微綠色Fe3（OH）8
《化學教育》	白色沉淀，在冷水中易形成綠色的水合物Fe（OH）2•nH2O，熱水中不易形成水合物

（1）寫出Fe（OH）₂在空氣中被氧化為Fe（OH）₃的化學方程式6Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═2Fe₃（OH）₈；
[提出假設]假設一：綠色物質是Fe（OH）₂•nH₂O；
假設二：綠色物質是Fe₃（OH）₈；
…
[實驗探究]針對上述假設與假設二，展開實驗研究：

實驗序號	實驗步驟	實驗現象
一	①在試管中加入20mL蒸餾水，加熱煮沸，滴苯液封 ②保持較高溫度，使用長滴管伸入液面下依次擠入一滴飽和FeSO4溶液、一滴NaOH溶液	出現白色絮狀沉淀，并能保持一段時間
二	①在試管中加入20mL蒸餾水 ②加入一滴飽和FeSO4溶液、一滴NaOH溶液	出現白色沉淀，迅速轉變為灰綠色，最后變為紅褐色
三	①在試管中加入20mL蒸餾水，加熱煮沸，滴苯液封 ②恢復室溫后，使用長滴管伸入液面下依次擠入一滴飽和FeSO4溶液、一滴NaOH溶液	出現白色沉淀，迅速轉變為綠色沉淀

（1）實驗室保存FeSO₄溶液常需加入Fe、H₂SO₄（填化學式，下同），為檢驗某FeSO₄溶液是否變質，可向溶液中加入KSCN溶液或NaOH；
（2）由實驗一與實驗三（填實驗序號）的現象可推斷假設一可能成立．
（3）為了進一步探究假設二是否成立，小組成員進行如下實驗，請完成下表：
試劑：蒸餾水、NaOH溶液、苯、FeSO₄溶液、氧氣

實驗步驟	實驗現象與結論
①在試管中加入20mL蒸餾水，加熱煮沸，滴苯液封 ②迅速用長滴管伸入液面下依次擠入一滴飽和FeSO4 溶液、一滴NaOH溶液 ③將O2緩緩通入白色沉淀中．	若沉淀中出現綠色的跡象，則假設二成立； 若沉淀中沒有出現任何綠色的跡象，則假設二不成立．

Answer 1

分析 [查閱文獻]
Fe（OH）₂白色沉淀，易被氧化成微綠色Fe₃（OH）₈，反應為：6Fe（OH）₂+O₂+2H₂O═2Fe₃（OH）₈，可理解為Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的結合起的一種物質，其中既有+2價鐵也有+3價鐵，即FeO•Fe₂O₃•4H₂O．
（1）氫氧化亞鐵不穩定，易被氧氣氧化生成紅褐色氫氧化鐵沉淀；根據[查閱文獻]信息白色沉淀，易被氧化成微綠色Fe₃（OH）₈，假設二：綠色物質是Fe₃（OH）₈；[實驗探究]
（1）根據亞鐵鹽容易被氧化，則保存時應注意加入還原性鐵來防止亞鐵離子被氧化；亞鐵離子在溶液中發生水解生成氫氧化亞鐵和氫離子，為了抑制亞鐵離子水解，通常加入少量的稀硫酸；檢驗三價鐵離子遇到KSCN會變血紅色，或加入氫氧化鈉生成紅褐色氫氧化鐵沉淀；
（2）實驗一與實驗三相比，不同是溫度，根據實驗一與實驗三現象可知，假設一是正確根據實驗一與實驗三現象可知，假設一是正確的；
（3）氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵，假設二綠色物質是Fe₃（OH）₈，為部分亞鐵被氧化成+3價的鐵，設計實驗探究假設二是否成立，需將O₂緩緩通入白色沉淀中．

解答 解：[查閱文獻]
（1）氫氧化亞鐵不穩定，容易被空氣中的氧氣氧化生成紅褐色的氫氧化鐵，反應方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，根據[查閱文獻]信息白色沉淀，易被氧化成微綠色Fe₃（OH）₈，Fe₃（OH）₈可理解為Fe（OH）₂與Fe（OH）₃的結合起的一種物質，其中既有+2價鐵也有+3價鐵，即FeO•Fe₂O₃•4H₂O，所以假設二：綠色物質是Fe₃（OH）₈，
故答案為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
[實驗探究]
（2）實驗室配制的FeSO₄溶液中，由于Fe²⁺極易被O₂氧化而變為黃色的Fe³⁺溶液，所以配制完畢后要加入少量鐵屑，防止Fe²⁺被空氣中的氧氣氧化成Fe³⁺，
由于亞鐵離子部分水解生成氫氧化亞鐵，反應的離子方程式為：Fe²⁺+2H₂O?Fe（OH）₂+2H⁺，為了制Fe²⁺的水解，通常加入稀硫酸，使氫離子濃度增大，水解平衡向左移動，即抑制Fe²⁺水解；加入KSCN溶液試劑，若溶液出現血紅色；則證明有Fe³⁺ 存在；或三氯化鐵溶液中加入氫氧化鈉溶液，會發生復分解反應，生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，反應的離子方程式為：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，
故答案為：Fe、H₂SO₄；KSCN溶液或NaOH；
（2）實驗一與實驗三相比，不同是溫度，溫度高溶解度，如果降低溫度則會析出晶體，所以根據實驗一與實驗三現象可知，假設一是正確的，
故答案為：三、一；
（3）②是制取氫氧化亞鐵，氫氧化亞鐵易被氧化為氫氧化鐵，應在隔絕空氣下進行，所以正確的操作是迅速用長滴管伸入液面下依次擠入一滴飽和FeSO₄ 溶液、一滴NaOH溶液，③假設二是由于被氧化而導致的，所以正確的操作是將O₂緩緩通入白色沉淀中，
故答案為：迅速用長滴管伸入液面下依次擠入一滴飽和FeSO₄ 溶液、一滴NaOH溶液；將O₂緩緩通入白色沉淀中．

點評 本題考查了氫氧化亞鐵的氧化實驗探究，明確實驗的原理、實驗目的、實驗中的注意事項以及掌握+2價、+3價鐵的性質是解答關鍵，題目難度中等．