新人教版高考化学一轮复习第3章金属及其重要化合物热点题型3“铁三角”综合实验探究题学案

热点题型3　“铁三角”综合实验探究题

铁元素有多种价态，化合物种类较多，特别是Fe2＋、Fe3＋的性质多样，是设置综合实验题常用的载体。考查内容可涉及铁及其化合物等物质性质的探究、物质的制备、成分测定、离子检验等，通过上述问题设计，同时可考查仪器的使用、条件的控制、物质的分离提纯、实验安全等化学实验基础知识。

1．据文献记载，难溶于水的FeS2可在Fe2(SO4)3溶液中“溶解”，“溶解”后硫元素都以SO的形式存在。

(1)要作出上述“溶解”过程中发生了化学变化的判断，下列哪些实验及现象可作为判断的依据________。

A．观察到溶液的黄色变浅，最后变成浅绿色

B．在Fe2(SO4)3溶液中滴加KSCN溶液显稳定的红色，加入FeS2固体“溶解”后，红色明显变浅

C．取FeS2“溶解”后所得的部分溶液于试管中，再滴加数滴0.5 mol·L－1BaCl2溶液，有白色浑浊现象产生

(2)写出“溶解”时的离子方程式：______________________________。

(3)若要检验“溶解”后溶液中Fe2(SO4)3是否有剩余，简要写出相关的实验操作：_____________________________________________________。

解析：难溶于水的FeS2可在Fe2(SO4)3溶液中“溶解”，“溶解”后硫元素都以SO的形式存在，说明铁离子把－1 价硫元素氧化为＋6价，铁离子被还原为亚铁离子，注意原溶液中有SO。

答案：(1)AB

(2)FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===15Fe2＋＋2SO＋16H＋

(3)取少量溶液于试管中，滴加KSCN溶液，若溶液变红则有剩余，若不变红则没有剩余

2．(2021·太原一模)草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O，相对分子质量为180)呈淡黄色，可用作照相显影剂。某实验小组对其进行了一系列探究。

Ⅰ.纯净草酸亚铁晶体热分解产物的探究

(1)气体产物成分的探究。小组成员采用如下装置(可重复选用)进行实验：

①装置D的名称为______________。

②按照气流从左到右的方向，上述装置的连接顺序为____________→尾气处理装置(填仪器接口的字母编号)。

③实验前先通入一段时间N2，其目的为___________________________。

④实验证明气体产物中含有CO，依据的实验现象为________________。

(2)固体产物成分的探究。充分反应后，A处反应管中残留黑色固体。查阅资料可知，黑色固体可能为Fe或FeO。小组成员设计实验证明了其成分只有FeO，其操作及现象为___________________________________________________。

(3)依据(1)和(2)中结论可知，A处反应管中发生反应的化学方程式为__________________________________________________________________。

Ⅱ.草酸亚铁晶体样品纯度的测定

工业制得的草酸亚铁晶体中常含有FeSO4杂质，测定其纯度的步骤如下：

步骤1：称取m g草酸亚铁晶体样品并溶于稀硫酸中，配成250 mL溶液；

步骤2：取上述溶液25.00 mL，用c mol·L－1 KMnO4标准液滴定至终点，消耗标准液V1 mL；

步骤3：向反应后溶液中加入适量锌粉，充分反应后，加入适量稀硫酸，再用c mol·L－1 KMnO4标准溶液滴定至终点，消耗标准液V2 mL。

(4)步骤3中加入锌粉的目的为__________________________________。

(5)草酸亚铁晶体样品的纯度为____________________________(列出计算式即可，不必化简)；

若步骤1配制溶液时部分Fe2＋被氧化，则测定结果将________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

解析：(1)②草酸亚铁晶体在装置A中受热分解，通过装置D检验水蒸气的存在，通过装置B检验二氧化碳的存在，通过装置E除去二氧化碳并干燥气体，通过装置C检验一氧化碳，再通过装置B检验生成的二氧化碳气体，最后进行尾气处理。③实验前先通入一段时间N2，把装置内空气赶尽，防止加热时发生爆炸。(3)依据(1)和(2)中结论可知，A处反应管中发生的反应是草酸亚铁晶体分解生成氧化亚铁、一氧化碳、二氧化碳和水。(4)向反应后溶液中加入适量锌粉是为了将Fe3＋还原为Fe2＋。(5)草酸亚铁溶液中滴入高锰酸钾溶液发生氧化还原反应，亚铁离子和草酸根离子都被氧化；向反应后溶液中加入适量锌粉，充分反应后，加入适量稀硫酸，再用c mol·L－1 KMnO4标准液滴定至终点，消耗标准液V2 mL，此时滴定的是亚铁离子，则C2O消耗KMnO4的物质的量为 c(V1－V2)×10－3 mol，利用化学反应定量关系计算即可。若步骤1配制溶液时部分Fe2＋被氧化，导致V1偏小，测定结果偏低。

答案：(1)①(球形)干燥管　②agfbchi(或ih)de(或ed)bc

③排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸　④C处反应管中固体由黑变红，其后装置中澄清石灰水变浑浊

(2)取固体少许溶于稀硫酸，无气体生成

(3)FeC2O4·2H2OFeO＋CO↑＋CO2↑＋2H2O

(4)将Fe3＋还原为Fe2＋

(5)×100%　偏低

3．某实验小组在实验室利用氨气和新制备的硫酸亚铁溶液反应制备氢氧化亚铁。

(一)制备硫酸亚铁溶液

(1)步骤①加入稀硫酸的目的是__________________________________。

(2)步骤②加入还原铁粉后观察到的现象是________________________。

(二)制备氢氧化亚铁

(3)选择上图中的装置制备氢氧化亚铁，连接顺序为_____________________ (按气流方向，用装置字母表示)。反应结束后继续通入一段时间的N2，目的是_________________________________________________________________。

(4)装置B中发生反应的离子方程式是____________________________。

装置C的作用是________________。

(三)探究思考

反应后将装置B中固体过滤时白色沉淀会逐渐转变为灰绿色。在查阅不同资料后，有同学认为灰绿色物质是Fe(OH)2被空气中的氧气氧化后生成的Fe3(OH)8。

(5)Fe3(OH)8中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝______________，用氧化物的形式表示可写成____________________。

(6)设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8：_________________________

解析：(一)向硫酸铁晶体中加入除氧蒸馏水和稀硫酸，再加入过量的还原铁粉，将Fe3＋还原成Fe2＋，得到硫酸亚铁溶液。(1)步骤①加入稀硫酸的目的是抑制Fe3＋的水解。(2)步骤②加入还原铁粉后，铁粉和Fe3＋、酸反应，铁粉过量，观察到的现象是铁粉部分溶解、有无色气体生成、溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色。(二)制备氢氧化亚铁的原理是将氨气通入硫酸亚铁溶液中，此过程的关键是隔绝空气。(3)装置A中将浓氨水滴到生石灰上，使生石灰和水反应放出热量，放出氨气，氮气的作用是将装置中的空气全部排出，装置B中氨气和硫酸亚铁溶液反应产生氢氧化亚铁，装置C的作用是作为安全瓶，防倒吸，装置D的作用是吸收尾气，故装置连接顺序为A→C→B→D；反应结束后继续通入一段时间的N2，目的是排尽装置中残留的氨气，防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气。(4)装置B中发生反应的离子方程式是Fe2＋＋2NH3 ＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH，装置C在装置A和装置B之间，故装置C的作用是作为安全瓶，防倒吸。(三)(5)Fe3(OH)8中，3个Fe带8个正电荷，故n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝1∶2，用氧化物的形式表示可写成FeO·Fe2O3·4H2O。(6)要设计实验证明灰绿色物质中含Fe3(OH)8，即要证明此物质中既有Fe2＋又有Fe3＋，Fe2＋用K3[Fe(CN)6]溶液检验，Fe3＋用KSCN溶液检验，故实验方法为取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8。

答案：(一)(1)抑制Fe3＋的水解

(2)铁粉部分溶解、有无色气体生成、溶液由棕黄色逐渐变为浅绿色

(二)(3)A→C→B→D　防止拆除装置时残留的氨气逸出污染空气

(4)Fe2＋＋2NH3 ＋2H2O===Fe(OH)2↓＋2NH　作为安全瓶，防倒吸

(三)(5)1∶2　FeO·Fe2O3·4H2O

(6)取少量灰绿色物质于试管中，加入稀盐酸(或稀硫酸)溶解，将溶液分成两份，一份滴入几滴KSCN溶液，变为红色；另一份加入适量K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，则灰绿色物质中含Fe3(OH)8