如何全面理解掌握高中的重要实验(4)

6.铁及其化合物间的转化

实验原理：Fe的还原性、Fe3+的氧化性、Fe2+既有还原性又有氧化性;Fe、 Fe3+、Fe2+之间的转化关系。

实验(1)：探究Fe具有还原性，并实现“Fe→Fe2+ 与Fe→Fe3+”的转化。

实验操作：在三只试管中，分别倒入约5ml的稀硫酸、5ml的硫酸铜溶液、5ml的稀硝酸，各加入少量的铁粉，并振荡试管，观察试管内的实验现象。

实验现象及结论：盛稀硫酸的试管中，有气泡生成，溶液呈浅绿色，铁粉不断溶解。盛硫酸铜溶液的试管中，有红色物质生成，溶液蓝色变浅，铁粉不断溶解。盛稀硝酸的试管中，有气泡生成，溶液呈黄色，铁粉不断溶解。说明Fe具有还原性，Fe遇稀硫酸或硫酸铜反应生成硫酸亚铁，Fe遇稀硝酸反应生成硝酸铁。有关转化反应的离子方程式：

Fe+2H+==Fe2++H2↑; Fe+Cu2+== Fe2++Cu;Fe+4H++NO3-==Fe3++NO↑+2H2O

转化规律：Fe与弱氧化剂(如Cu2+、Ag+、S、I2、非氧化性酸等)反应时生成+2价的铁的化合物。Fe与强氧化剂(如Cl2、F2、Br2、稀HNO3、热浓HNO3、热浓H2SO4等)反应时生成+3价的化合物。

实验(2)：探究Fe3+具有氧化性，并实现“Fe3+→Fe2+”的转化。

实验操作：在三只试管中，分别盛有少量FeCl3溶液，然后分别加入少量铁粉、铜片、KI溶液及CCl4，振荡试管，观察实验现象。

实验现象及结论：加入铁粉的试管中，溶液从黄色变为浅绿色，铁粉不断溶解。加入铜片的试管中，溶液从黄色变为蓝绿色，铜片不断溶解。加入KI溶液及CCl4的试管中，溶液分层，CCl4层呈紫红色。说明Fe3+具有氧化性，Fe3+遇较强还原剂时，可转化为Fe2+。有关转化反应的离子方程式：

2Fe3++Fe== 3Fe2+;2Fe3++Cu== 2Fe2++Cu2+;2Fe3++2I-==I2+2Fe2+

转化规律：还原性比亚铁离子强的还原剂都能实现“Fe3+→Fe2+”的转化。如：Zn、Fe、Cu等金属单质;S2-、H2S、SO2、H2SO3、亚硫酸盐、I-、HI等还原剂。+3价铁的固体化合物在高温下与H2、CO、碳、铝等还原剂起反应时，被还原成单质铁。

实验(3)：探究Fe2+既有还原性又有氧化性，并实现“Fe2+→Fe3+与Fe2+→Fe”的转化。

实验操作：向盛有FeSO4溶液的试管中，滴加KSCN溶液，溶液不显红色，再向试管中滴加几滴新制的氯水(或双氧水)，并振荡试管，观察实验现象。

向盛有FeSO4溶液的试管中，加入锌片，并振荡试管，观察实验现象。

实验现象及结论：往FeSO4溶液中加氯水(或双氧水)，溶液呈血红色。说明Fe2+具有还原性， Fe2+可被强氧化剂氧化成Fe3+。往FeSO4溶液中加锌片，锌片不断溶解，溶液从浅绿色变为无色，有黑色固体生成。说明Fe2+具有氧化性， Fe2+可被强还原剂还原成Fe。有关转化反应的离子方程式：

2Fe2++Cl2==2Cl-+2Fe3+; Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3;

2Fe2++H2O2+2H+==2H2O+2Fe3+; Fe2++Zn==Fe+Zn2+

转化规律：氧化性比铁离子强的氧化剂都能实现“Fe2+→Fe3+”的转化，Fe2+在转化中显还原性。如：Cl2、Br2、O2等非金属单质;稀HNO3、浓HNO3、浓H2SO4等氧化性酸;KMnO4、K2Cr2O7、H2O2、Na2O2等其他氧化剂。+2价铁的化合物溶液与Mg、Al、Zn强还原剂或+2价铁的固体化合物在高温下与H2、CO、碳、铝等起反应时，被还原成单质铁，反应中+2价铁的化合物显氧化性。

问题：①用FeSO4溶液和NaOH溶液制取Fe(OH)2时，为什么滴管可以伸入到液面以下?为什么制备FeSO4溶液要用煮沸过的蒸馏水?为什么要用新煮沸过的NaOH溶液?(均是为了防止空气中的O2将Fe2+氧化成Fe3+。)

②Fe2+既不能在碱性条件下稳定存在，也不能在空气中稳定存在的，那么在酸性和中性两种情况下，FeSO4溶液被氧气O2氧化的离子方程式如何书写?

(酸性条件下：4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O;中性条件下：12Fe2++3O2+6H2O ==8Fe3++4Fe(OH)3↓)

③如何除去FeCl3溶液中的FeCl2?如何除去FeCl2溶液中的FeCl3?写出有关反应的离子方程式。

④实验室中如何保存FeSO4溶液?如何鉴别FeCl2溶液与FeCl3溶液?

⑤在FeBr2溶液中分别通入足量Cl2、少量Cl2时，离子方程式如何书写?若向FeI2溶液中通入少量Cl2时，离子方程式又是如何书写?

⑥在FeCl3和CuCl2的混合液中，加入一定量的Fe粉，完全反应后，溶液中一定有的金属阳离子是什么?如果反应后有固体剩余，则溶液中一定没有的离子是什么?一定有的金属阳离子是什么?如果反应后剩余的固体只有Cu，则溶液一定没有的离子是什么?一定有的金属阳离子是什么?可能有的金属阳离子是什么?如果反应后剩余的固体为Fe和Cu，则溶液中一定没有的离子是什么?一定有的金属阳离子是什么?

⑦在一定条件下，铁分别与O2、H2O(气)反应时，生成物中铁元素是什么价态?

⑧取少量的酸性KMnO4溶液、稀HNO3、Na2O2分装三支试管中，分别滴加FeSO4溶液，并振荡试管，观察到的实验现象分别是什么?写出有关反应的离子方程式。

7.碳酸钠与碳酸氢钠的性质

实验原理：碳酸钠、碳酸氢钠分别与强酸或强碱的反应;碳酸钠、碳酸氢钠溶液的弱碱性;碳酸氢钠的不稳定性。

实验(1)：碳酸钠、碳酸氢钠分别与盐酸反应

实验操作：各取少量碳酸钠、碳酸氢钠固体于两试管中，分别滴入盐酸，观察实验现象。各取饱和碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液5mL放入两根试管中，分别向其中逐滴慢慢地加入0.05mol/L的稀盐酸溶液，观察反应现象。

实验现象及结论：碳酸钠、碳酸氢钠固体加入盐酸均产生无色气体，碳酸氢钠遇到盐酸放出气体比碳酸钠剧烈得多。饱和碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液逐滴滴入盐酸，碳酸氢钠溶液就有气体生成，饱和碳酸钠溶液先无现象后生成气体。说明碳酸钠、碳酸氢钠都能与盐酸等酸反应产生CO2气体。碳酸氢钠与盐酸反应放出CO2比碳酸钠与盐酸反应放出快，是因为加入盐酸后，HCO3-直接与H+结合生成不稳定的H2CO3分解生成CO2。而碳酸钠溶液中存在大量CO32-，加入盐酸后，CO32-先与H+结合生成HCO3-，再与H+结合才能生成H2CO3，所以放出CO2速度慢。

Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2↑+H2O;NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O;

Na2CO3+HCl==NaHCO3+NaCl;NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O

实验(2)：碳酸钠、碳酸氢钠溶液分别与澄清石灰水反应

实验操作：在两支试管中分别加入2-3mL澄清石灰水，分别向其中加入少量的碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液，观察实验现象。

实验现象及结论：两支试管中均有白色沉淀生成。说明碳酸钠、碳酸氢钠都能与氢氧化钙等碱反应。

Na2CO3+Ca(OH)2==2NaOH+CaCO3↓;

NaHCO3+Ca(OH)2==NaOH+CaCO3↓+H2O

实验(3)：碳酸钠、碳酸氢钠溶液分别测pH

实验操作：分别测量0.1mol/L的碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液的pH，比较其大小。

实验现象及结论：碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液的pH均大于7，且碳酸钠溶液的pH大于碳酸氢钠溶液的pH。说明碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液均可水解呈碱性，且碳酸钠的水解程度大于碳酸氢钠的水解程度。

CO32-+H2O