内容正文:
铁 金属材料
第三章
第一节 铁及其化合物
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[知识导图] [课程标准]
1.结合真实情境中的应用实例或通过实验探
究,了解铁及其重要化合物的主要性质,了解
这些物质在生产生活中的主要应用。
2.认识铁及其化合物的多样性,结合实例认识
铁及其化合物之间的转化关系。
3.通过实验探究,掌握Fe2+和Fe3+的检验方
法。
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课前·教材预案
1. 铁的存在
铁
含量:在地壳中的含量仅次于③ 、④ 、
⑤ ,居第四位。
氧
硅
铝
知识点1 铁的存在与性质
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2. 铁的物理性质
状态 颜色 密度 熔点 沸点 导电、
导热性 延展性 特性
固体 银白
色,
有金属
光泽 7.86
g/cm3 1 535
℃ 2 750
℃ 良好,
导电
性不如
铜
和铝 良好 能
被
磁
铁
吸
引
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3. 铁的化学性质
(1)在一定条件下,铁作为⑥ 能与某些非金属单
质、酸和盐溶液反应。铁与氧化性较弱的氧化剂(如盐酸、硫
酸铜等)反应,铁原子失去⑦ 个电子生成⑧ 价铁
的化合物(Fe2+在溶液中呈浅绿色);与氧化性较强的氧化剂
(如氯气等)反应,铁原子则失去⑨ 个电子生成
⑩ 价铁的化合物(Fe3+在溶液中呈棕黄色)。
还原剂
2
+2
3
+3
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化学性质 化学方程式
Fe与非
金属单
质反应 ①在O2中燃烧:⑪
②与Cl2反应:⑫
Fe与非金
属单质反应 ③与硫单质反应:⑬
Fe与非氧化
性酸反应 ④与盐酸反应:⑭
3Fe+2O2 Fe3O4
2Fe+3Cl2 2FeCl3
Fe+S FeS
Fe+2HCl FeCl2+
H2↑
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化学性质 化学方程式
Fe与盐溶
液反应 ⑤与硫酸铜反应:⑮
Fe+CuSO4 Cu+
FeSO4
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(2)铁与水蒸气的反应
实验
装置
实验
操作 ①在如图所示装置的试管中依次放入湿棉花和还原
铁粉,加热。把生成的气体通入蒸发皿中的肥皂液
中,一段时间后,再用坩埚钳夹取燃着的火柴点燃
蒸发皿中的肥皂泡,观察现象
②实验结束后,先从肥皂液中撤出导管,再移走燃
着的酒精灯
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实验
现象 蒸发皿中产生肥皂泡,用火柴点燃肥皂泡,听到爆
鸣声,证明生成了⑯ ,反应后试管中的固体
仍呈黑色
实验
结论 在高温条件下铁能与水蒸气反应,化学方程式为
⑰
H2
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
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实验
说明 ①湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的水蒸
气。
②酒精灯的火焰用铁丝网罩住,可以使加热效果更
好。
③铁不能与冷水、热水反应,只能在高温下与水蒸
气反应
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名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁
化学式 FeO Fe2O3 ⑱
存在 不稳定,在
空气中受热
易被氧化成
⑲ 赤铁矿 磁铁矿
俗名 ⑳ 磁性氧化铁
Fe3O4
Fe3O4
铁红
知识点2 铁的氧化物
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名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁
Fe的化合价 +2 +3 ㉑
颜色、状态 黑色粉末 ㉒
色粉末 ㉓ 色晶
体
溶解性 都不溶于水
+2、+3
红棕
黑
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名称 氧化亚铁 氧化铁 四氧化三铁
与酸反应的
离子方程式 FeO+2H+
Fe2++
H2O ㉔
Fe3O4+8H+
Fe2++
2Fe3++4H2O
用途 油漆、涂料、油
墨和橡胶的红色
颜料 炼铁、磁性材
料
Fe2O3+6H+
2Fe3++
3H2O
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名称 氢氧化亚铁 氢氧化铁
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色态 白色固体 ㉕ 固体
溶解性 难溶于水 难溶于水
制法 可溶性亚铁盐与碱反
应:FeSO4+2NaOH
Fe(OH)2↓+
Na2SO4 可溶性铁盐与碱反应:
FeCl3+3NaOH Fe
(OH)3↓+3NaCl
红褐色
知识点3 铁的氢氧化物
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名称 氢氧化亚铁 氢氧化铁
稳定性 不稳定,分解产物很复
杂,在空气中易被氧化
为Fe(OH)3 不稳定,受热易分解:
㉖
与盐酸反
应的离子方程式 ㉗
㉘
2Fe(OH)3
Fe2O3+3H2O
Fe(OH)2+2H+
Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+
Fe3++3H2O
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名称 氢氧化亚铁 氢氧化铁
转化
(现象) 白色絮状沉淀迅速变成㉙ 色,最终变成
㉚ 色。㉛
灰绿
红褐
4Fe(OH)2+O2+2H2O
4Fe(OH)3
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1. Fe3+的检验方法:Fe3+ 溶液呈㉜ 。
2. Fe2+的检验方法:Fe2+ 溶液颜色㉝
溶液变成㉞ 。
红色
无变
化
红色
知识点4 铁盐和亚铁盐
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3. Fe2+与Fe3+的转化
实验操作
实验现象 FeCl3溶液加适量铁粉振荡后,溶液由黄色变成
㉟ 色,加KSCN溶液,溶液㊱
,再滴加氯水后,溶液变成㊲
离子方程式 ㊳
浅绿
无变
化
红色
2Fe3++Fe 3Fe2+、2Fe2++Cl2
2Fe3++2Cl-
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结
论 Fe3+遇到较强的还原剂时,会被还原成㊴ ;
Fe2+在较强的氧化剂的作用下会被氧化成㊵
Fe2+
Fe3+
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4. 用覆盖铜板制作印刷电路板原理
用覆盖铜板放入FeCl3溶液中,其反应的离子方程式为
㊶ 。
2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+
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判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)Fe3O4中铁元素有+2、+3两种价态,为混合物。
( × )
(2)FeO在空气中加热生成Fe2O3。 ( × )
(3)磁铁矿的主要成分为Fe3O4。 ( √ )
(4)FeO和Fe2O3均为碱性氧化物。 ( √ )
(5)Fe2+可以被Cl2氧化为Fe3+,说明Fe2+具有氧化性。
( × )
×
×
√
√
×
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(6)向溶液中加KSCN溶液,溶液变红色,说明溶液中不含
Fe2+。 ( × )
×
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名师提醒
(1)铁分别与氯气、盐酸反应所得产物中铁元素的价态不
同。Fe与Cl2反应,无论用量多少,都生成FeCl3,而Fe与盐酸
反应生成FeCl2。
(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe2O3,而铁在
纯氧中燃烧的产物是Fe3O4。
(3)Fe3O4中铁元素有+2、+3两种价态,可看成
FeO·Fe2O3。Fe3O4是复杂的氧化物,不能认为它是FeO和
Fe2O3的混合物。
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课堂·深度拓展
1. 铁能与水蒸气反应,而我们日常生活中却能用铁壶烧水,
为什么?
答案 因为铁只在高温下与水蒸气反应,与冷水、热水都不
反应。
探究点1 金属与水反应的一般规律
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1. 活泼金属如K、Na等可与冷水迅速剧烈反应(放热反
应),生成可溶性碱和H2。
2K+2H2O 2KOH+H2↑
2. Mg与冷水反应缓慢,但在加热条件下(或用沸水),Mg与
水的反应加快。
Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑
Al与冷水很难反应,与沸水反应缓慢。
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3. Fe、Zn等可以和水蒸气反应生成金属氧化物和H2。
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
4. Cu、Hg、Ag、Pt、Au不与水反应。
特别提示:活泼金属都可以与非氧化性酸中的氢离子反应,
放出氢气;同样,水中的氢离子也可以与金属反应,但由于水
中的氢离子的浓度比酸中的氢离子的浓度低得多,故活泼金属
与水反应比与酸反应慢得多。
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【例题1】下列各项正确的是( )
A. 钠与水反应的离子方程式:Na+H2O Na++OH-+H2↑
B. 铁与水蒸气反应的化学方程式:3Fe+4H2O(g)
Fe3O4+4H2
C. 镁、铝与沸水不反应
D. 金属单质与水反应都生成对应的碱和氢气
思维导引:金属越活泼,与水反应越容易,现象越剧烈,Fe、
Zn等与水反应生成金属氧化物和H2。
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答案 B
解析 钠与水反应的离子方程式为2Na+2H2O 2Na+
+2OH-+H2↑,A项错误;铁与水蒸气反应的化学方程式
为3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,B项正确;镁、铝
都可以与沸水反应,C项错误;铁与水蒸气反应生成Fe3O4
和H2,D项错误。
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【变式1】某学习小组进行了如图所示的实验,实验后组员之
间的交流不合理的是( )
A. 甲同学认为试管b中收集到的气体可点
燃,且产生淡蓝色火焰
B. 乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能
为四氧化三铁
C. 丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中,加适量的水,加热也可实现该反应
D. 丁同学认为用盐酸溶解固体生成物,所得溶液有颜色
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答案 C
解析 在高温下铁与水蒸气反应生成氢气和四氧化三铁。试管
b中收集到的气体为氢气,可点燃,且产生淡蓝色火焰,A项
正确;试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁,B项正确;
铁与冷水、热水都不反应,只能在高温下与水蒸气反应,C项
错误;用盐酸溶解固体得到氯化铁和氯化亚铁的混合溶液,溶
液带有颜色,D项正确。
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2. 现有6 mol·L-1硫酸、NaOH溶液、氯水,1 mol·L-1 KSCN
溶液,酸性KMnO4溶液,请设计实验证明补铁剂中的铁元素
是以Fe2+的形式存在,而不是以Fe3+的形式存在?
答案 将补铁剂溶于水制成溶液,取适量溶液于试管中,加入几滴KSCN溶液,若无明显现象,滴入几滴氯水后,溶液变为红
色,则证明补铁剂中的铁元素是以Fe2+形式存在。
探究点2 Fe2+、Fe3+的检验
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1. Fe2+、Fe3+的常规检验
检验方法 Fe2+ Fe3+
直接观察
溶液颜色 浅绿色 棕黄色
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检验方法 Fe2+ Fe3+
加碱
(NaOH)法 ①现象:白色沉淀
灰绿色 红褐色沉淀
②反应:Fe2++2OH-
Fe(OH)2↓(白色)
4Fe(OH)2+O2+2H2O
4Fe(OH)3(红褐色) ①现象:红褐
色沉淀
②反应:Fe3+
+3OH-
Fe(OH)3↓
(红褐色)
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检验方法 Fe2+ Fe3+
加盐
(KSCN)法 ①现象:加入KSCN溶液无明
显现象,再滴入氯水(或其
他氧化剂,如H2O2)变成红
色溶液
②反应:2Fe2++Cl2 2Fe3
++2Cl-
Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3(红色) ①现象:加入
KSCN溶液,
溶液变为红色
②反应:Fe3+
+3SCN-
Fe(SCN)3
(红色)
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检验方法 Fe2+ Fe3+
加酸性
KMnO4法 ①现象:紫色褪去
②反应:5Fe2++Mn +8H+ Mn2++5Fe3++4H2O 紫色不褪去
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检验方法 Fe2+ Fe3+
用铜片
检验 无明显现象 ①现象:溶液变蓝
②反应Cu+2Fe3+ Cu2++
2Fe2+
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2. 同时含有Fe2+和Fe3+的溶液检验
(1)Fe2+对检验Fe3+无干扰,可以滴加KSCN溶液检验Fe3+
的存在。
(2)Fe3+对检验Fe2+有干扰,通常采用向溶液中滴加适量
酸性KMnO4溶液,通过溶液紫红色褪去的现象检验Fe2+的
存在。
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3. 检验铁的氧化物中是否有+2价铁
少量固体 溶液 紫色褪去。
注意:(1)步骤a中不能选用盐酸,原因是酸性KMnO4溶液
可以氧化盐酸。
(2)步骤a中,不能选用稀HNO3,原因是稀HNO3可以将Fe2
+氧化为Fe3+。
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【例题2】下列离子的检验方法合理的是( )
A. 向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+
B. 向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明
原溶液中含有Fe2+
C. 向某溶液中加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明溶液
中含有Fe3+
D. 向某溶液中加入NaOH溶液得到白色沉淀,又观察到沉淀
颜色逐渐变成红褐色,说明该溶液中只含有Fe2+,不含Mg2+
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思维导引:加KSCN溶液检验Fe2+、Fe3+时,Fe3+的存在会掩
盖Fe2+,故当Fe3+、Fe2+共存时,检验Fe2+选用酸性KMnO4
溶液。
答案 C
解析 A项,只能说明含有Fe3+,不能确定Fe2+是否存在,错
误;B项,原溶液中含Fe3+也会出现同样的现象,错误;D
项,只能说明含有Fe2+,其他离子(如能与OH-生成白色沉
淀的Mg2+)不能确定是否存在,错误。
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【变式2】硫酸铁溶液中加入少量Fe粉,溶液颜色变浅,要证
明该过程发生了氧化还原反应,加入下列试剂一定可行的是
( )
A. KSCN溶液 B. 酸性高锰酸钾溶液
C. NaOH溶液 D. 铜粉
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答案 B
解析 硫酸铁溶液中加入少量Fe粉,发生反应:Fe2(SO4)3
+Fe 3FeSO4,要证明该过程发生了氧化还原反应,则要
证明Fe2+的存在。KSCN溶液用于检验Fe3+的存在,不能用于
检验Fe2+,A不符合题意;酸性高锰酸钾溶液能将Fe2+氧化为
Fe3+,从而发生颜色变化,B符合题意;NaOH溶液既能与Fe2+
反应,也能与Fe3+反应,由于Fe(OH)2、Fe(OH)3的混
合物与Fe(OH)3的颜色差异不明显,所以难以确定Fe(OH)2
的存在,C不符合题意;铜粉与Fe2+不反应,不能证明Fe2+的存在,D不符合题意。
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3. 直接向盛有FeSO4溶液的试管中滴入NaOH溶液,能否观察
到制得Fe(OH)2?
答案 不能,因为Fe(OH)2在空气中能够快速的被氧化为
Fe(OH)3。
探究点3 Fe(OH)2的制备及性质探究
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1. 原理
Fe2++2OH- Fe(OH)2↓
2. 操作
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐(以FeSO4
为例)溶液的液面以下,缓慢挤出NaOH溶液。
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3. 保障措施
(1)亚铁盐必须是新制的,并放入Fe粉,以防Fe2+被氧化。
(2)避免与O2的接触
①除去溶液中溶解的O2,其方法一般是加热煮沸溶液,冷却后
再使用。
②防止空气中的O2影响Fe(OH)2的制备,常用的方法有
两种:
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化学 必修 第一册
a.反应在试管底部进行,如图1所示。
b.加隔氧剂,如加入汽油、苯等密度比水小的有机溶剂,
如图2所示。由于苯等的液封作用,防止了生成的Fe
(OH)2被氧化。
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③通入的气体(或产生的气体)赶走空气(如图3、4)。
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用产生气体的方法赶走空气并制备Fe(OH)2的过程如图4所
示:Ⅰ中生成FeSO4,同时生成的H2排尽两装置中的空气,再关
闭止水夹K,利用产生的H2把FeSO4溶液压入NaOH溶液中。
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【例题3】某兴趣小组制备Fe(OH)2白色沉淀。
甲方案:用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的
NaOH溶液反应制备。
(1)除去蒸馏水中溶解的O2常采用 的方法。
解析 甲方案:(1)气体的溶解度随温度的升高而降低,所
以煮沸蒸馏水可去除其中溶解的O2。
答案 甲方案:(1)煮沸
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(2)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2
的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面以下,再挤出NaOH溶
液,这样操作的理由是
。
解析 (2)Fe(OH)2易被O2 氧化,这样操作可避免生成的
Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化。
答案 (2)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化
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乙方案:在如图所示的装置中,用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸
等试剂制备。
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(1)在试管Ⅰ里加入的试剂是 。
解析 乙方案:原理是利用稀H2SO4和铁屑产生氢气,先赶尽
装置中的空气。确定赶尽空气后,再夹紧止水夹,通过H2产生
的压强将FeSO4溶液压入NaOH溶液中,从而使产生的白色
Fe(OH)2沉淀在H2的还原性气氛中得以较长时间保持。
答案 乙方案:(1)稀硫酸和铁屑
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(2)在试管Ⅱ里加入的试剂是 。
答案 (2)NaOH溶液
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(3)为了制得Fe(OH)2白色沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试
剂,打开止水夹,塞紧塞子后的实验操作是
。
答案 (3)检验试管Ⅱ出口处排出的H2的纯度,当排出的H2
已经纯净时再夹紧止水夹
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(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色,理由
是 。
答案 (4)试管Ⅰ中反应生成的H2充满了整个装置, 外界O2
不易进入
思维导引:甲方案的关键是隔绝氧气;乙方案的关键是利用
“Fe+H2SO4”反应制造氢气氛围,并使“FeSO4与NaOH”
混合。
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【变式3】根据如图所示装置和下述操作方法,回答有关问
题。
按如图所示装置,用两种不同的操作方法分别进行实验,观察
B管中的现象。
(1)操作Ⅰ:先夹紧止水夹a,再使A管开始反应,实验中B管
中观察到的现象是 ;
有关反应的化学方程式是 。
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解析 (1)由于Fe(OH)2极易被氧化为Fe(OH)3,溶液
中溶解的氧气就能把它氧化。当夹紧a时,A试管便成了一个封
闭体系,产生的氢气使A试管内压强增大,将生成的FeSO4溶
液压入B中,与NaOH溶液发生反应,有Fe(OH)2生成,而
NaOH溶液中溶解的氧气可将Fe(OH)2迅速氧化,最后转变
成Fe(OH)3,所以看到白色沉淀的时间很短。
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答案 (1)先出现白色絮状沉淀,沉淀迅速变为灰绿色,最
后变为红褐色 FeSO4+2NaOH Fe(OH)2↓+Na2SO4、
4Fe(OH)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3
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(2)操作Ⅱ:打开止水夹a,使A管反应一段时间后再夹紧止
水夹a,实验中B管中观察到的现象是
;有关反
应的离子方程式是 。
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解析 (2)当用操作Ⅱ时,产生的H2首先通过导气管通入到B
中的NaOH溶液中,将其中溶解的O2排出,再夹紧止水夹a
时,FeSO4溶液被压入B中,此时反应所产生的Fe(OH)2在
一段时间内不变色。
答案 (2)打开止水夹a时,B管内溶液中的导管口有气泡冒
出,夹紧止水夹a后,B管中出现白色絮状沉淀,一段时间内沉
淀不变色 Fe+2H+ Fe2++H2↑、Fe2++2OH-
Fe(OH)2↓
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(3)请说明造成这两种不同现象的原因(如两种现象相同,
此小题不用回答) 。
答案 (3)操作Ⅰ没有将实验装置中的氧气排出,而操作Ⅱ产
生的氢气将实验装置中的氧气排出
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制 作 者:状元桥
适用对象:高中学生
制作软件:Powerpoint2010、
Photoshop cs3
运行环境:WindowsXP以上操作系统
$$