氢氧化亚铁与氢氧化铁制备试题

氢氧化亚铁与氢氧化铁制备试题一、氢氧化亚铁的制备实验（一）实验原理与核心反应氢氧化亚铁的制备基于可溶性亚铁盐与强碱溶液的复分解反应，其化学方程式为：FeSO₄+2NaOH=Na₂SO₄+Fe(OH)₂↓离子方程式为：Fe²⁺+2OH⁻=Fe(OH)₂↓生成的氢氧化亚铁为白色絮状沉淀，但由于Fe²⁺具有强还原性，极易被空气中的氧气氧化，转化过程为：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃，现象为白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。因此，实验成功的关键在于隔绝氧气，以延长白色沉淀的观察时间。（二）基础实验步骤与注意事项溶液制备硫酸亚铁溶液：需使用新制备的溶液，若久置会因Fe²⁺氧化而含Fe³⁺，可向溶液中加入少量还原铁粉（Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺）并滴加稀硫酸抑制水解。氢氧化钠溶液：需用煮沸过的蒸馏水配制，以去除溶解氧；配制时避免剧烈摇动，防止空气溶入。核心操作向试管中加入5mL新制硫酸亚铁溶液，滴加2mL煤油或苯（密度小于水，形成液封隔绝空气）。用长胶头滴管吸取氢氧化钠溶液，将滴管尖端插入硫酸亚铁溶液液面下，缓慢挤出溶液，观察到白色絮状沉淀生成。关键注意事项滴管插入液面下：防止滴加过程中NaOH溶液与空气接触带入氧气。避免振荡：实验过程中不可振荡试管，以免破坏液封层导致氧气进入。铁粉过量：若硫酸亚铁溶液中混有Fe³⁺，可加入过量铁粉将其还原为Fe²⁺，确保反应体系的还原性环境。（三）实验改进方案与创新设计为延长氢氧化亚铁的稳定时间，可采用以下改进装置：氢气保护法在锥形瓶中加入铁粉和稀硫酸，反应生成氢气排尽装置内空气；待氢气纯净后，关闭止水夹，利用压强将硫酸亚铁溶液压入装有NaOH溶液的试管中，生成白色沉淀。电解法制备以Fe为阳极、石墨为阴极，电解NaOH溶液。阳极反应：Fe-2e⁻=Fe²⁺，阴极反应：2H₂O+2e⁻=H₂↑+2OH⁻，Fe²⁺与OH⁻在碱性环境中直接结合生成Fe(OH)₂，避免与空气接触。金属钠还原法向盛有硫酸亚铁溶液的试管中加入液体石蜡，投入用铜网包裹的金属钠（防止钠直接与水剧烈反应），钠与水反应生成NaOH，同时生成的H₂可隔绝氧气，白色沉淀可稳定存在5分钟以上。（四）常见错误分析与问题解决沉淀直接呈灰绿色原因：未煮沸溶液导致溶解氧过多，或滴管未插入液面下。解决：重新煮沸蒸馏水配制溶液，严格执行“液下滴加”操作。生成红褐色沉淀而非白色原因：硫酸亚铁溶液已变质（含大量Fe³⁺），或NaOH溶液中混入Na₂CO₃（与Fe²⁺反应生成FeCO₃沉淀，后续氧化为红褐色）。解决：使用新制硫酸亚铁溶液，NaOH溶液需密封保存并现用现配。沉淀中出现气泡原因：NaOH溶液吸收空气中CO₂生成Na₂CO₃，与Fe²⁺水解产生的H⁺反应生成CO₂气体。解决：用煮沸法去除NaOH溶液中的CO₂，或改用氨水代替NaOH。二、氢氧化铁的制备实验（一）实验原理与核心反应氢氧化铁的制备通过可溶性铁盐与强碱反应实现，化学方程式为：FeCl₃+3NaOH=Fe(OH)₃↓+3NaCl离子方程式为：Fe³⁺+3OH⁻=Fe(OH)₃↓生成的氢氧化铁为红褐色絮状沉淀，性质稳定，不易被氧化，可通过过滤、洗涤分离提纯。（二）基础实验步骤与注意事项溶液配制氯化铁溶液：取10mL0.1mol/LFeCl₃溶液（无需特殊除氧，Fe³⁺稳定性高）。氢氧化钠溶液：浓度为0.5mol/L，无需煮沸（Fe(OH)₃不被氧化）。核心操作向试管中加入5mLFeCl₃溶液，逐滴加入NaOH溶液，边滴加边振荡，观察到红褐色沉淀生成，溶液颜色由黄色逐渐褪去。关键注意事项滴加速度：若NaOH溶液滴加过快，局部OH⁻浓度过高，易生成Fe(OH)₃胶体（呈红褐色透明液体），需通过加热或搅拌使其聚沉为沉淀。沉淀洗涤：若需纯净Fe(OH)₃沉淀，可用蒸馏水洗涤3~4次，直至滤液中无Cl⁻（用AgNO₃溶液检验）。（三）氢氧化铁胶体的制备方法除沉淀外，控制反应条件可制备氢氧化铁胶体，具体步骤为：向烧杯中加入20mL蒸馏水，加热至沸腾。逐滴加入1~2mL饱和FeCl₃溶液，边滴加边用玻璃棒轻轻搅拌，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热。注意事项：不可用稀FeCl₃溶液（浓度过低难以形成胶体）；避免过度加热或剧烈搅拌（否则胶体聚沉为沉淀）；不可用自来水代替蒸馏水（自来水中的Cl⁻会破坏胶体稳定性）。三、制备实验综合试题与解析（一）选择题制备氢氧化亚铁时，下列措施无法有效防止氧化的是（）A.用煮沸过的蒸馏水配制溶液B.向硫酸亚铁溶液中加入少量铁粉C.将NaOH溶液滴入硫酸亚铁溶液液面上方D.用苯覆盖在硫酸亚铁溶液表面答案：C解析：NaOH溶液滴入液面上方会带入空气，导致Fe(OH)₂被氧化，应将滴管插入液面下滴加。下列关于氢氧化铁制备的说法正确的是（）A.向FeCl₃溶液中加入过量氨水，最终生成Fe(OH)₃胶体B.制备Fe(OH)₃沉淀时，NaOH溶液浓度越高，沉淀纯度越高C.制备Fe(OH)₃胶体时，需持续加热至溶液呈深褐色D.可用Fe₂(SO₄)₃溶液与NaOH溶液反应制备Fe(OH)₃答案：D解析：A项氨水过量会生成NH₄⁺与Fe(OH)₃的混合体系，不会形成胶体；B项NaOH浓度过高易导致局部过浓生成胶体；C项过度加热会使胶体聚沉。（二）实验设计题某同学设计如下装置制备氢氧化亚铁（如图），请回答下列问题：（1）装置中长颈漏斗的作用是__________，试管A中反应的化学方程式为__________。（2）实验开始时需先打开止水夹K，目的是__________，当观察到__________现象时，关闭止水夹K。（3）若装置气密性良好但未观察到白色沉淀，可能的原因是__________。答案：（1）平衡气压，便于硫酸亚铁溶液顺利流下；Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑（2）排尽装置内空气；试管B中导管口产生均匀气泡（或H₂纯净）（3）硫酸亚铁溶液已变质（含Fe³⁺）或装置漏气（三）实验改进与评价题某实验小组用以下装置制备氢氧化亚铁（如图），分析其设计优点：装置描述：试管①中盛有铁粉和稀硫酸，通过导管与试管②（盛有NaOH溶液）相连，中间用止水夹控制；试管②上方用橡皮塞密封，导管伸入NaOH溶液液面下。优点分析：试管①中生成的H₂可排尽装置内空气，营造还原性环境；关闭止水夹后，利用压强将FeSO₄溶液压入试管②，避免与空气接触；整个装置密闭，有效防止氧气进入，白色沉淀可稳定存在10分钟以上。四、拓展应用与工业制备（一）氢氧化铁的工业用途净水剂：Fe(OH)₃胶体具有吸附性，可用于去除水中悬浮杂质；颜料制备：Fe(OH)₃经煅烧生成Fe₂O₃，用于制造红色颜料；催化剂载体：负载金属活性组分后，可用于有机合成反应。（二）氢氧化亚铁的特殊应用在纳米材料制备中，通过控制Fe(OH)₂的氧化过程，可合成具有磁性的Fe₃O₄纳米颗粒，用于生物医药领域的靶向给药和磁共振成像。五、易错点与实验安全Fe²⁺与Fe³⁺的检验Fe²⁺：先加KSCN溶液无现象，再加氯水变红色；Fe³⁺：直接加KSCN溶液变红色