Question

15．某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組討論Fe³⁺和SO₃^2-之間發(fā)生怎樣的反應(yīng)，提出了兩種可能：一是發(fā)生氧化還原反應(yīng)：2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺；二是發(fā)生雙水解反應(yīng)：2Fe³⁺+3SO₃^2-+6H₂O=2Fe（OH）₃（膠體）+3H₂SO₃．為了證明是哪一種反應(yīng)發(fā)生，同學(xué)們設(shè)計并實施了下列實驗，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br />實驗Ⅰ，學(xué)生選擇的實驗用品：Na₂SO₃濃溶液、BaCl₂稀溶液、稀鹽酸；試管若干、膠頭滴管若干．從選擇的藥品分析，作者設(shè)計這個實驗的目的是檢驗Na₂SO₃是否變質(zhì)（或檢驗Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄）．
實驗Ⅱ，取5mLFeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，觀察到溶液顏色由黃色變?yōu)榧t棕色，無氣泡產(chǎn)生，無沉淀生成，繼續(xù)加入Na₂SO₃濃溶液至過量，溶液顏色加深，最終變?yōu)榧t褐色．這種紅褐色液體是氫氧化鐵膠體（或膠體）．向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現(xiàn)象是先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產(chǎn)生．將溶液分成兩等份，其中一份加入KSCN溶液，溶液變成血紅色，反應(yīng)的離子方程式為Fe³⁺+3SCN^-=Fe（SCN）₃．另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，產(chǎn)生該白色沉淀的離子方程式是Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO₄↓．
實驗Ⅲ，換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復(fù)實驗Ⅰ、Ⅱ，產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同．由上述實驗得出的結(jié)論是Fe³⁺與SO₃^2-同時發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)．若在FeCl₃濃溶液中加入Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無色氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑．
從形式上看，Na₂CO₃和Na₂SO₃相似，但是從上述實驗中可以看到，二者的水溶液與氯化鐵溶液反應(yīng)的現(xiàn)象差別很大，分析其原因可能是：
①SO₃^2-有較強的還原性，CO₃^2-沒有還原性；
②SO₃^2-水解能力較CO₃^2-小．

Answer 1

分析 實驗I：Na₂SO₃濃溶液中+4價的硫易被氧化成+6價，選擇BaCl₂稀溶液，可用來檢驗硫酸根離子的存在；
實驗II：Fe³⁺和SO₃^2-之間若發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則溶液的顏色由黃色逐漸變?yōu)閬嗚F離子的綠色，而實驗現(xiàn)象證明未發(fā)生氧化還原反應(yīng)，應(yīng)該發(fā)生雙水解反應(yīng)，所以出現(xiàn)的紅褐色的液體應(yīng)是氫氧化鐵膠體（或膠體）；向膠體中加入電解質(zhì)溶液，膠體會發(fā)生聚沉現(xiàn)象，所以有紅褐色沉淀生成；繼續(xù)滴加鹽酸，因為鹽酸與氫氧化鐵沉淀反應(yīng)，所以沉淀逐漸溶解最終消失，溶液變黃色，同時鹽酸與亞硫酸鈉反應(yīng)有氣體生成；KSCN溶液與鐵離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成硫氰化鐵；另一份加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，因為亞硫酸根離子與鹽酸反應(yīng)了，所以溶液中不存在亞硫酸根離子，所以此時產(chǎn)生的白色沉淀應(yīng)是硫酸鋇沉淀；
實驗III：由以上實驗現(xiàn)象分析，F(xiàn)e³⁺和SO₃^2-之間同時發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)；FeCl₃濃溶液中加入Na₂CO₃溶液，則二者只發(fā)生雙水解反應(yīng)，生成氫氧化鐵沉淀和二氧化碳氣體；
①從化合價上判斷CO₃^2-離子中的C元素是+4價為最高價，無還原性，不可能與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)；而SO₃^2-離子中的S元素是+4價，為中間價態(tài)，具有還原性，可與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)；
②從水解程度判斷，碳酸的酸性比亞硫酸的酸性弱，所以CO₃^2-離子水解程度大于SO₃^2-離子的水解程度，CO₃^2-離子與Fe³⁺發(fā)生雙水解反應(yīng)比較徹底．

解答 解：實驗Ⅰ：該同學(xué)選擇的藥品中有BaCl₂稀溶液，用來檢驗硫酸根離子的存在，所以實驗I的目的是檢驗Na₂SO₃是否變質(zhì)（或檢驗Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄），
故答案為：檢驗Na₂SO₃是否變質(zhì)（或檢驗Na₂SO₃溶液中是否混有Na₂SO₄）；
實驗Ⅱ：FeCl₃濃溶液于試管中，逐滴加入Na₂SO₃濃溶液，鐵離子能夠與亞硫酸根離子發(fā)生水解生成了紅褐色的氫氧化鐵膠體；向紅褐色液體中逐滴加入稀鹽酸至過量，可以觀察到的現(xiàn)象是先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產(chǎn)生；
加入KSCN溶液，溶液變?yōu)檠�紅色，反應(yīng)反應(yīng)的離子方程式為：Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；
加入氯化鋇生成白色沉淀，白色沉淀為硫酸鋇，反應(yīng)的離子方程式為：Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄，
故答案為：氫氧化鐵膠體（或膠體）；先產(chǎn)生紅褐色沉淀，后沉淀逐漸溶解，溶液變成黃色且有氣泡產(chǎn)生；Fe³⁺+3SCN^-═Fe（SCN）₃；Ba²⁺+SO₄^2-═BaSO₄↓；
實驗Ⅲ：換用稀釋的FeCl₃和Na₂SO₃溶液重復(fù)實驗Ⅱ，產(chǎn)生的現(xiàn)象完全相同，證明了Fe³⁺與SO₃^2-發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)是同時進行的，在FeCl₃濃溶液中加Na₂CO₃濃溶液，觀察到紅褐色沉淀并且產(chǎn)生無色氣體，二者發(fā)生了雙水解反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
故答案為：Fe³⁺與SO₃^2-同時發(fā)生氧化還原反應(yīng)和雙水解反應(yīng)；2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑；
①CO₃^2-離子中的C元素是+4價為最高價，無還原性，不可能與Fe³⁺發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由于亞硫酸根離子具有較強的還原性，能夠與鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，
故答案為：SO₃^2-有較強的還原性，CO₃^2-沒有還原性；
②鐵離子與亞硫酸根離子生成了氫氧化鐵膠體，與碳酸根離子反應(yīng)生成了氫氧化鐵沉淀，說明碳酸根離子水解能力比亞硫酸根離子大，
故答案為：SO₃^2-水解能力較CO₃^2-小．

點評 本題考查了鐵及其化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，考查對實驗原理、實驗現(xiàn)象的分析判斷，氧化還原反應(yīng)、雙水解反應(yīng)的應(yīng)用，離子方程式的書寫，掌握物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)現(xiàn)象是解題關(guān)鍵，題目難度中等．