Question

碳酸亚铁(白色固体，难溶于水)是种重要的工业原料，可用于制备补血剂乳酸亚铁。某研究小组   通过下列实验，寻找利用复分解反应制各FeCO₃的最佳方案:

实验	试剂	现象
滴管	试管
	0.8mol/LFeSO4溶液(pH=4.5)	1mol/LNa2CO3溶液(pH=11.9)	实验Ⅰ:立即产生灰绿色沉淀，后出现明显的红褐色
0.8mol/LFeSO4溶液(pH=4.5)	1mol/LNaHCO3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
0.8mol/L(NH4)2Fe(SO4)2溶液(pH=4.0)	1mol/LNaHCO3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中产生HCO₃^-和红褐色沉淀的离子方程式为___________

（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0.8mol/LFeSO4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2mL1mol/LNaHCO3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。反应完成后通入N₂的作用是_______。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 向已调至pH=4、0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固体至c(SO42-)=1.6 mol/L 使产生的CO2被充分吸收 C中U形管的增重 调节溶液pH

【解析】试题分析：（1）实验I中FeSO4、Na2CO3发生双水解反应生成氢氧化亚铁和NaHCO3，氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁；（2）实验Ⅱ中FeSO4、NaHCO3发生反应生成白色沉淀FeCO3及少量无色气体二氧化碳；（3）探究实验Ⅲ中NH4+所起的作用，应控制溶液PH、SO42-浓度与0.8mol/L(NH4)2Fe(SO4)2溶液相同；加入Na2SO4固体应控制c(SO42-)=1.6 mol/L；（4）根据题意，通过碱石灰吸收二氧化碳的质量，定量计算FeCO3的纯度；（5）根据对比，实验Ⅲ的PH小于实验Ⅰ和实验Ⅱ；

解析：（1）实验I中FeSO4、Na2CO3发生双水解反应生成氢氧化亚铁和NaHCO3，氢氧化亚铁被氧气氧化为氢氧化铁，总反应的离子方程式是4Fe2+ + 8CO32− + O2 + 10H2O 4Fe(OH)3↓ + 8HCO3−；（2）实验Ⅱ中FeSO4、NaHCO3发生反应生成白色沉淀FeCO3及少量无色气体二氧化碳，反应离子方程式是Fe2+ + 2HCO3− FeCO3↓+ CO2↑ + H2O；（3）探究实验Ⅲ中NH4+所起的作用，应控制溶液PH、SO42-浓度0.8mol/L(NH4)2Fe(SO4)2溶液相同，所以向0.8mol/LFeSO4溶液中加入硫酸至pH=4.0，再加入一定量Na2SO4固体配制成混合溶液的目的是控制SO42-浓度，排除干扰；应补充的对比试验是向已调至pH=4、0.8 mol/L FeSO4溶液中加入Na2SO4固体至c(SO42-)=1.6 mol/L，再取该溶液一滴管2mL 1mol/L NaHCO3溶液混合。（4）根据题意，通过碱石灰吸收二氧化碳的质量，定量计算FeCO3的纯度，所以通入氮气的目的是使产生的CO2被碱石灰充分吸收；除样品总质量外，还需测定的物理量是C中U形管的增重；（5）根据对比，实验Ⅲ的PH小于实验Ⅰ和实验Ⅱ，所以制备FeCO3实验成功的关键因素是调节溶液pH。