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第三章
微专题4　氢氧化亚铁制备实验的改进
专题阐释
1.Fe(OH)2的制备原理及注意事项
(1)制备原理:可溶性亚铁盐与强碱或氨水反应:Fe2++2OH- ══ Fe(OH)2↓或Fe2++2NH3·H2O ══ Fe(OH)2↓+2 。
(2)在空气中Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)3,防止Fe(OH)2被氧化的方法如下:
①将配制溶液的蒸馏水煮沸,驱除溶液中的氧气。
②将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入盛有亚铁盐溶液的试管底部,并慢慢挤出NaOH溶液。
③在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。
④在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。
例1某实验小组设计如下实验探究Fe(OH)2的制备,下列有关分析不合理的是(　　)
实验 操作 现象
Ⅰ 将一块FeSO4晶体浸入30 mL蒸馏水中 一分钟后,晶块表面仍为浅绿色,溶液呈更浅的绿色
Ⅱ 将另一块FeSO4晶体浸入30 mL 1 mol·L-1 NaOH溶液中 一分钟后,晶块表面变白;捞出晶块露置在空气中,表面逐渐变为红褐色
Ⅲ 将10 mL 1.5 mol·L-1 FeSO4溶液与20 mL 1.5 mol·L-1 NaOH溶液混合 立即出现大量灰绿色浑浊,一分钟后,液面附近出现红褐色浑浊
A.实验Ⅰ起对照作用,排除FeSO4晶体自身在水中的颜色变化
B.实验Ⅱ晶块表面长时间保持白色,与Fe(OH)2难溶、未分散于水中有关
C.捞出晶块后发生了反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3
D.实验Ⅲ溶液中氧气含量明显多于实验Ⅱ中
答案 D　
解析 实验Ⅰ中,晶块表面为浅绿色,起对照作用,目的是排除实验Ⅱ中晶块表面变白,不是因为FeSO4晶体自身在水中的颜色变化引起的,A合理;Fe(OH)2具有较强的还原性,易被溶液中溶解的氧气氧化,因此实验Ⅱ晶块表面之所以能长时间保持白色,与Fe(OH)2难溶、未分散于水中有关,B合理;Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧气氧化,捞出晶块后发生的反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3,C合理;根据控制单一变量的原则,实验Ⅱ和Ⅲ反应条件不一样(实验Ⅱ为FeSO4晶体,而实验Ⅲ为FeSO4溶液),单从实验结果,无法得出实验Ⅲ溶液中氧气含量明显多于实验Ⅱ的结论,D不合理。
2.Fe(OH)2的制备实验的改进装置
(1)有机层覆盖法
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
(2)还原性气体保护法
用H2将装置内的空气排尽后,再将亚铁盐与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
(3)电解法(以后学习)
用铁作阳极,电解NaCl(或NaOH)溶液,并在液面上覆盖一层苯(或煤油),如图3所示。
例2甲同学用FeCl2和烧碱制备Fe(OH)2;乙同学用如图装置制备Fe(OH)2,为了减缓生成的产物被氧化,下列说法不正确的是(　　)
A.配制溶液所用的蒸馏水通常要煮沸
B.甲同学可在FeCl2溶液的上面加一层植物油,以隔绝空气
C.甲同学向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液时,胶头滴管尖嘴可以伸入溶液中
D.乙同学应该先关闭止水夹,一段时间以后再打开止水夹
D
解析 配制溶液时为防止水中溶解的氧气氧化亚铁离子,应先加热煮沸蒸馏水除去溶解的氧气,故A正确;植物油的密度比水小,浮在水面上可以起到隔绝空气的作用,防止亚铁离子被氧化,故B正确;向FeCl2溶液中滴加烧碱溶液,为防止空气中的氧气被带入溶液中,将胶头滴管尖嘴直接伸入试管内的溶液中再挤出烧碱溶液,故C正确;实验过程中应先打开止水夹,让产生的氢气排尽装置内的空气,以防亚铁离子被氧化,故D错误。
专题精练
1.在稀硫酸中加入适量铁粉,反应完全后再加入适量NaOH溶液,放置片刻,从反应体系中观察到颜色的变化是(　　)
A.无色→灰绿→红褐
B.无色→浅绿→白色→灰绿→红褐
C.无色→白色→红褐
D.无色→白色→浅绿→灰绿→红褐
B
解析 在稀硫酸中加入适量铁粉,反应完全后再加入适量NaOH溶液,放置片刻,发生的反应有:Fe+H2SO4 ══ FeSO4+H2↑、FeSO4+2NaOH ══ Fe(OH)2↓+Na2SO4、4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3,H2SO4溶液为无色,FeSO4溶液为浅绿色,Fe(OH)2是白色沉淀,Fe(OH)3为红褐色,故该过程可观察到由无色转变为浅绿色,生成白色沉淀又迅速转化为灰绿色,一段时间后转化为红褐色,B项正确。
2.(2024·山东青岛高一检测)如图所示装置,可用以制取Fe(OH)2并观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。下列说法错误的是(　　)
A.实验前,应事先煮沸溶液除去溶解的氧气
B.装置Ⅰ可制取FeSO4溶液并排尽装置内的空气
C.关闭止水夹可观察到装置Ⅱ中溶液进入装置Ⅰ中
D.取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色发生变化
C
解析 氢氧化钠溶液中有少量氧气,需要加热煮沸除去氧气;打开止水夹,铁屑和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气,利用反应产生的氢气排尽装置内的空气,然后关闭止水夹,试管Ⅰ形成密闭体系,利用反应产生的氢气的压强作用,把硫酸亚铁溶液压入装置Ⅱ中,产生氢氧化亚铁白色沉淀,氢氧化亚铁遇到空气后,变为灰绿色,最后变为红褐色。氢氧化钠溶液中有少量氧气,氢氧化亚铁易被氧气氧化,所以实验前,应事先煮沸溶液除去溶解的氧气,故A正确;结合以上分析可知,装置Ⅰ可制取FeSO4溶液并排尽装置内的空气,故B正确;结合以上分析可知,关闭止水夹可观察到装置Ⅰ中溶液进入装置Ⅱ中,故C错误;结合以上分析可知,氢氧化亚铁具有还原性,能够被氧气氧化,颜色发生变化,所以取下装置Ⅱ的橡皮塞可观察沉淀颜色发生变化,故D正确。
3.(2024·湖南邵阳高一检测)某化学兴趣小组利用药品:铁粉、稀硫酸、氢氧化钠溶液,用下图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。下列有关说法不正确的是(　　)
A.仪器1中应该盛放稀硫酸
B.本实验通过控制A、B、C三个开关,将仪器中的空气排尽后,先关闭开关B,再打开开关A就可观察到氢氧化亚铁的颜色
C.反应一段时间后,可在仪器2中观察到白色沉淀
D.本实验制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态
C
解析 用如图装置制备氢氧化亚铁并观察其颜色。根据提供的化学药品可知,开启B、C,关闭A,需要在仪器2中加入铁单质,分液漏斗中是稀硫酸,利用反应生成氢气排净装置中的空气,可以收集C处的气体检验是否是纯净的氢气,将仪器中的空气排尽后,然后关闭B,开启A、C;利用生成的氢气在仪器2中压强增大,把硫酸亚铁溶液压入仪器3的氢氧化钠溶液中,反应生成氢氧化亚铁白色沉淀,可观察到氢氧化亚铁沉淀的颜色为白色。此实验的目的是制备氢氧化亚铁,先用铁和稀硫酸反应制备硫酸亚铁,此反应在仪器2中进行,稀硫酸是溶液,应盛放在分液漏斗中,即应盛放在1中,A正确;
打开B、C,关闭A,利用仪器2中产生的氢气把仪器3中的空气排尽,使装置处于还原氛围,然后关闭B,打开开关A,产生气体使压强增大,把仪器2产生的FeSO4溶液压入仪器3中,产生Fe(OH)2白色沉淀,B正确;反应一段时间后,在仪器3中FeSO4与NaOH溶液反应产生Fe(OH)2,故在仪器3中观察到白色沉淀,C错误;本实验利用反应生成的氢气排净装置中的空气,使装置处于还原氛围,故制备的氢氧化亚铁可以相对较长时间的保持白色状态,D正确。
4.用如图所示装置(夹持仪器省略)制备氢氧化亚铁。
实验步骤如下:
Ⅰ.检查装置的气密性后,关闭K2、K5,打开K1、K3、K4,使装置A中产生的气体进入装置B中,排尽B中空气。
Ⅱ.待B中空气排尽后,关闭K3,打开K2,将A中溶液压入B中并观察现象。
Ⅲ.关闭K1、K2,打开K5,使C中气体通入B中并观察现象。
回答下列问题:
(1)仪器a的名称是　　 　　　,B中长玻璃管的作用是　　　　　　　 　　　　　　　　。
(2)检验装置A中金属离子的方法是________________________________
______________________________________________________________
　　　　　 　　 　　　 　。
(3)步骤Ⅲ装置B中的现象是
　　　　　　 　　　　　　　　　,
其发生反应的化学方程式为　 　　　　　　　　　　　　　　。
恒压滴液漏斗
平衡气压,辅助排出装置B中的空气
的试管中,滴加几滴KSCN溶液,无红色出现,再滴加H2O2溶液,溶液变为红色,则证明存在Fe2+
取少量装置A烧瓶中的液体置于洁净
先生成白色沉淀,逐渐变为灰绿色,一段时间后变为红褐色　
4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3
解析 仪器a为恒压滴液漏斗,目的是连通内外压强使液体能顺利流下,B中玻璃管的作用为平衡装置内外气压,氢氧化亚铁溶液被空气中的氧气氧化变为氢氧化铁,故要排除装置B中的空气防止氧化,稀硫酸与金属铁发生反应生成亚铁离子,加入硫氰化钾溶液无红色出现,再加入过氧化氢溶液后变为红色,装置C会产生氧气,氢氧化亚铁与氧气发生反应生成氢氧化铁沉淀,现象为白色沉淀变为灰绿色,最终变为红褐色。(1)①仪器a的名称为恒压滴液漏斗,其作用为连通内外压强使液体能顺利流下;②氢氧化亚铁在空气中极易被氧化,因此打开K1、K3、K4,关闭K2和K5,装置A中产生H2,装置B中的玻璃管是为了排除装置内的空气。
(2)装置A中金属铁与稀硫酸反应生成亚铁离子,其化学方程式为Fe+H2SO4 ══ FeSO4+H2↑,亚铁离子的检验:取少量装置A烧瓶中的液体置于洁净的试管中,滴加几滴KSCN溶液,无红色出现,再滴加H2O2溶液,溶液变为红色,则证明存在Fe2+。
(3)①步骤Ⅲ装置B中,关闭K1、K2,打开K5,使C中产生的氧气通入装置B,氢氧化亚铁为白色沉淀,氢氧化铁为红褐色沉淀,观察到的现象为:白色沉淀逐渐变为灰绿色,最后变为红褐色;②发生反应的化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3。
5.某化学学习小组设计了下列方法探究氢氧化亚铁的制备等相关问题。
(1)用NaOH溶液和FeSO4溶液直接反应,方法如图。该方法能观察到白色的Fe(OH)2沉淀,但沉淀颜色快速发生变化。请分析沉淀颜色变化的原因:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。
4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3　
(2)该小组为探究反应物浓度对Fe(OH)2制备效果的影响,以Fe(OH)2沉淀白色持续的时间(t)为指标,t越大,实验效果越好。部分实验数据如表(w代表质量分数):
实验 序号 w(FeSO4)/% w(NaOH)/% t/s
ⅰ 2.5 15 149
ⅱ 5 15 138
ⅲ 10 15 93
ⅳ 5 25 142
ⅴ 5 35 180
①实验ⅰ、ⅱ、ⅲ的目的是
　　　　　　　　 　　　。
②该小组同学通过实验推断:其他条件不变时,所用NaOH溶液的浓度越大,实验效果越好。推断的证据是　　　　　　 　　　　　。
探究其他条件相同时,FeSO4的浓度对Fe(OH)2制备效果的影响
白色沉淀持续时间:ⅴ>ⅳ>ⅱ
③由绿矾晶体(FeSO4·7H2O)配制250 mL 0.10 mol·L-1 FeSO4溶液,需要用到的仪器有药匙、玻璃棒、烧杯、量筒、托盘天平、250 mL容量瓶、
　　　　　。以下操作会导致所配溶液浓度偏低的是　　　(填字母)。
A.容量瓶中原有少量蒸馏水
B.洗涤烧杯和玻璃棒的溶液未转入容量瓶中
C.定容时俯视刻度线
D.定容摇匀后发现溶液液面低于刻度线,再补加少量蒸馏水至刻度线
(3)若向FeSO4溶液中加入足量Na2O2,观察到的现象是
　。
胶头滴管
BD
有红褐色沉淀生成,有气体放出,溶液变无色
解析 (1)FeSO4和NaOH发生复分解反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,化学方程式为4Fe(OH)2+O2+2H2O ══ 4Fe(OH)3。(2)①实验ⅰ、ⅱ、ⅲ的变量是FeSO4的浓度,目的是探究其他条件相同时,FeSO4的浓度对Fe(OH)2制备效果的影响;②实验ⅴ、ⅳ、ⅱ的变量是NaOH的浓度,其他条件不变时,所用NaOH溶液的浓度越大,白色沉淀持续时间越长,实验效果越好,则证据是白色沉淀持续时间:ⅴ>ⅳ>ⅱ;③配制一定物质的量浓度溶液的步骤:计算、称量、溶解、移液、洗涤、定容等,用到的仪器:药匙、玻璃棒、烧杯、托盘天平、250 mL容量瓶、胶头滴管;定容时还需要加入蒸馏水,则容量瓶中原有少量蒸馏水对所配溶液浓度无影响,A不符合题意;
洗涤烧杯和玻璃棒的溶液未转入容量瓶中,则残留的溶质没有完全转移到容量瓶中,导致所配溶液浓度偏低,B符合题意;定容时俯视刻度线导致溶液体积偏小,依据 可知溶液浓度偏高,C不符合题意;定容摇匀后发现溶液液面低于刻度线,再补加少量蒸馏水至刻度线,导致加入水的体积增大,溶液浓度偏低,D符合题意;(3)Na2O2和水反应生成NaOH和O2,NaOH再和FeSO4溶液反应生成Fe(OH)2,由于Na2O2过量,则Fe(OH)2又被氧化为Fe(OH)3,观察到的现象是有红褐色沉淀生成,有气体放出,溶液变无色。

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