Question

【题目】碳酸亚铁（白色固体，难溶于水）是一种重要的工业原料，可用于制备补血剂乳酸亚铁，也可用作可充电电池的电极。某研究小组通过下列实验，寻找利用复分解反应制备 FeCO3 沉淀的最佳方案：

实验	试剂		现象
	滴管	试管
	0.8 mol/L FeSO4 溶液（pH=4.5）	1 mol/L Na2CO3 溶液 （pH=11.9）	实验Ⅰ：立即产生灰绿色沉淀，5min 后出现明显的红褐色
	0.8 mol/L FeSO4 溶液（pH=4.5）	1 mol/L NaHCO3 溶液 （pH=8.6）	实验Ⅱ：产生白色沉淀及少量无色气泡，2min 后出现明显的灰绿色
	0.8 mol/L (NH4)2Fe(SO4)2 溶液（pH=4.0）	1 mol/L NaHCO3 溶液 （pH=8.6）	实验Ⅲ：产生白色沉淀及无色气泡，较长时间保持白色

(1)实验 I 中红褐色沉淀产生的原因可用如下反应表示，请补全反应：

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

(2)实验 II 中产生 FeCO3 的离子方程式为_____________________________。

(3)为了探究实验 III 中 NH4+所起的作用，甲同学设计了实验 IV 进行探究：

	操作	现象
实验 IV	向 0.8 mol/L FeSO4 溶液中加入①__________，再加入 Na2SO4 固体配制成混合溶液（已知 Na+对实验无影响，忽略混合后溶液体积变化）。再取该溶液一滴管，与 2mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合	与实验 III 现象相同

实验 IV 中加入 Na2SO4 固体的目的是②_______________________。

对比实验 II、III、IV，甲同学得出结论：NH4+水解产生 H+，降低溶液 pH，减少了副产物 Fe(OH)2 的产生。

乙同学认为该实验方案不够严谨，应补充的对比实验操作是：③_____________，再取该溶液一滴管，与 2mL 1 mol/L NaHCO3 溶液混合。

(4)小组同学进一步讨论认为，定性实验现象并不能直接证明实验 III 中 FeCO3 的纯度最高，需要利用如图所示的装置进行定量测定。分别将实验 I、II、III 中的沉淀进行过滤、洗涤、干燥后称量，然后转移至 A 处的广口瓶中。

为测定 FeCO3 的纯度，除样品总质量外，还需测定的物理量是______________________。

(5)实验反思：经测定，实验 III 中的 FeCO3 纯度高于方案 I 和方案 II。通过以上实验分析，制备 FeCO3 实验成功的关键因素是_______________________________________

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- 浓度一致 向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固体至 c(SO42-)=1.6 mol/L C 中 U 形管的增重 调节溶液 pH

【解析】(1) Fe2+被氧气氧化为铁离子，铁离子与碳酸根离子发生水解生成Fe(OH)3；根据电子得失守恒：Fe2+→Fe(OH)3，铁元素化合价升高了1，O2→2O-2，化合价降低了4，因此，Fe2+、Fe(OH)3前面系数为4，氧气前面系数为1，再根据电荷守恒，CO32、和HCO3前面系数为8，最后再根据原子守恒，水前面系数为10，具体系数如下：4Fe 2+ + 8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 ；正确答案：4Fe 2++8CO32 +1 O2 + 10H2O= 4Fe(OH) 3 + 8HCO3 。

(2)根据实验现象可知，亚铁离子与碳酸氢根离子反应，生成FeCO3和 CO2，离子方程式为：Fe2+ + 2HCO3 =FeCO3↓+CO2↑+H2O；正确答案：Fe2++2HCO3 =FeCO3↓+ CO2↑+ H2O。

（3）①探究同一酸性环境下的铵根离子的作用，因此要用硫酸调控溶液的pH=4.0；正确答案：硫酸至 pH=4.0。

②为了保证溶液中的硫酸根离子浓度的不变，向溶液中加入硫酸钠来控制SO42- 浓度；正确答案：控制 SO42- 浓度一致。

③为了增强实验的严谨性，还应向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固体至 c(SO42-)=1.6 mol/L，同一条件下做对比试验，这样结论更准确；正确答案：向0.8mol/L FeSO4溶液中加入 Na2SO4 固体至 c(SO42-)=1.6 mol/L。

（4）碳酸铁和稀硫酸反应生成二氧化碳气体，水蒸气被浓硫酸吸收后，碱石灰（C）吸收二氧化碳气体，通过测定C中U 形管的增重，测出反应产生二氧化碳气体的量，最后根据反应关系来测定FeCO3 的纯度；正确答案：C 中 U 形管的增重。

(5)通过三组实验分析可知，溶液的pH不同，生成FeCO3 的量不同，因此制备 FeCO3 实验成功的关键因素是调节溶液 pH。正确答案：调节溶液 pH。