Question

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________，再加入一定量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 1mol/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_________。

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：_________，再取该溶液一滴管，与2mL 1mol/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。

① 补全A中装置并标明所用试剂。____________

② 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纯度高于实验I和实验II。通过以上实验分析，制备FeCO₃实验成功的关键因素是____________。

Answer

4Fe2+ + 8CO32− + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 + 8HCO3− Fe2+ + 2HCO3− FeCO3↓+ CO2↑ + H2O 硫酸至pH=4.0 控制SO42-浓度，排除干扰 向0.8 mol/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）因为CO32−水解显碱性，遇到Fe2+产生 Fe(OH)2的白色沉淀，Fe2+还原性很强，会被O2氧化变成Fe(OH)3红棕色，所以实验I中红褐色沉淀产生的原因：Fe2+ + 8CO32− + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3 ↓+ 8HCO3−

（2）因为FeSO4溶液的pH=4.5显酸性，HCO3-溶液水解显碱性，所以两者发生相互促进的双水解反应，所以反应方程式：Fe2+ + 2HCO3− FeCO3↓+ CO2↑ + H2O

实验II中产生FeCO3的离子方程式为：Fe2+ + 2HCO3− FeCO3↓+ CO2↑ + H2O

（3）加硫酸调节溶液p H=4.0抑制Fe2+的水解，根据题意知加入Na2SO4固体的目的是调节控制SO42-浓度，排除干扰。

为了验证Na2SO4中SO42-浓度对实验的影响，应做对比实验：向0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固体至c(SO42-)=1.6 mol/L。

（4）①检验FeCO3的纯度的方法是通过FeCO3与酸反应产生CO2的量来验证。首先排除装置中的空气，防止干扰，所以此装置应为。答案：

②测定FeCO3的纯度的方法是通过测定FeCO3与酸反应产生CO2的量来确定，通过C中U形管的增重的量来确定CO2的量。所以除样品总质量外，还要测定C中U形管的增重的量。答案：测定C中U形管的增重的量。

（5）I、II、III三个实验中III的酸性强，所以调节溶液pH是提高FeCO3的纯度的方法。答案：调节溶液pH。