Question

18．某学习小组研究溶液中Fe²⁺的稳定性，进行如下实验，观察，记录结果．
实验Ⅰ（图1）

物质	0min	1min	1h	5h
FeSO4	淡黄色	桔红色	红色	深红色
（NH4）2Fe（SO4）2	几乎无色	淡黄色	黄色	桔红色

（1）上述（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液pH小于FeSO₄的原因是NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺（用化学用语表示）．溶液的稳定性：
FeSO₄＜（NH₄）₂Fe（SO₄）₂（填“＞”或“＜”）．
（2）甲同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异可能是（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中的NH₄⁺保护了Fe²⁺，因为NH₄⁺具有还原性．进行实验Ⅱ，否定了该观点，补全该实验．

操作	现象
取取2mLpH=4.0的0.80mol•L-1FeSO4溶液，加加2滴0.01mol•L-1KSCN溶液，观察．	与实验Ⅰ中（NH4）2Fe（SO4）2溶液现象相同．

（3）乙同学提出实验Ⅰ中两溶液的稳定性差异是溶液酸性不同导致，进行实验Ⅲ：分别配制0.80mol•L^-1 pH为1、2、3、4的FeSO₄溶液，观察，发现pH=1的FeSO₄溶液长时间无明显变化，pH越大，FeSO₄溶液变黄的时间越短．资料显示：亚铁盐溶液中存在反应  4Fe²⁺+O₂+10H₂O?4Fe（OH）₃+8H⁺．由实验Ⅲ，乙同学可得出的结论是溶液pH越小，Fe²⁺越稳定，原因是溶液中存在平衡4Fe²⁺+O₂+10H₂O?4Fe（OH）₃+8H⁺，c（H⁺）大，对平衡的抑制作用强，Fe²⁺更稳定．
（4）进一步研究在水溶液中Fe²⁺的氧化机理．测定同浓度FeSO₄溶液在不同pH条件下，Fe²⁺的氧化速率与时间的关系如图2（实验过程中溶液温度几乎无变化）．反应初期，氧化速率都逐渐增大的原因可能是生成的Fe（OH）₃对反应有催化作用．
（5）综合以上实验，增强Fe²⁺稳定性的措施有加一定量的酸，密封保存．

Answer 1

分析 （1）（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液和FeSO₄中的Fe²⁺浓度相同，但中（NH₄）₂Fe（SO₄）₂含有浓度较高的NH₄⁺；通过表格中的颜色变化来分析；
（2）由于是要验证两溶液的稳定性差异是否是由于（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中的NH₄⁺保护了Fe²⁺导致，根据控制变量法可知，应除了让NH₄⁺这个影响因素外的其它影响因素均保持一致，据此分析；
（3）由实验Ⅲ可知，溶液的pH越小，溶液的酸性越强，则Fe²⁺越稳定；亚铁盐溶液中存在反应4Fe²⁺+O₂+10H₂O?4Fe（OH）₃+8H⁺，根据平衡的移动来分析；
（4）根据影响反应速率的因素有浓度、压强、温度和催化剂来分析；
（5）根据上述实验来分析．

解答 解：（1）（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液和FeSO₄中的Fe²⁺浓度相同，但中（NH₄）₂Fe（SO₄）₂含有浓度较高的NH₄⁺，NH₄⁺水解显酸性，导致（NH₄）₂Fe（SO₄）₂中的pH更小；通过表格中的颜色变化可知（NH₄）₂Fe（SO₄）₂中的Fe²⁺被氧化的速率更慢，即溶液的稳定性：FeSO₄＜（NH₄）₂Fe（SO₄）₂，
故答案为：NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺；＜；
（2）由于是要验证两溶液的稳定性差异是否是由于（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液中的NH₄⁺保护了Fe²⁺导致，根据控制变量法可知，应除了让NH₄⁺这个影响因素外的其它影响因素均保持一致，故应取2 mL pH=4.0的0.80 mol•L^-1 FeSO₄溶液于试管中，加2滴0.01 mol•L^-1 KSCN溶液，过若观察到的现象与实验Ⅰ中（NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液现象相同，则说明上述猜想不正确，
故答案为：取2 mL pH=4.0的0.80 mol•L^-1 FeSO₄溶液；加2滴0.01 mol•L^-1 KSCN溶液；
（3）由实验Ⅲ可知，溶液的pH越小，溶液的酸性越强，则Fe²⁺越稳定；亚铁盐溶液中存在反应4Fe²⁺+O₂+10H₂O?4Fe（OH）₃+8H⁺，溶液的pH越小，则氢离子浓度越大，平衡左移，则Fe²⁺的氧化被抑制，
故答案为：溶液pH越小，Fe²⁺越稳定；溶液中存在平衡4Fe²⁺+O₂+10H₂O?4Fe（OH）₃+8H⁺，c（H⁺）大，对平衡的抑制作用强，Fe²⁺更稳定；
（4）影响反应速率的因素有浓度、压强、温度和催化剂，而同一条曲线上的浓度FeSO₄溶液相同，且应随着反应的进行，Fe²⁺的浓度减小，故不是浓度对反应速率的影响；而此反应为溶液中的反应，故压强对此反应速率无影响；而此反应中温度不变，故能影响反应速率的只有催化剂，故唯一的可能原因是生成的Fe（OH）₃对反应有催化作用，故答案为：生成的Fe（OH）₃对反应有催化作用；
（5）根据上述实验可知，加入一定量的酸会抑制Fe²⁺的氧化，或是隔绝空气密封保存，故答案为：加入一定量的酸，密封保存．

点评 本题考查了盐类的水解和探究影响Fe²⁺稳定性的因素，综合性较强，难度较大，应注意从影响反应速率和平衡的因素的角度来分析．