Question

【題目】某實驗小組對FeCl3分別與Na2SO3、NaHSO3的反應進行探究。

（甲同學的實驗）

裝置	編號	試劑X	實驗現象
	I	Na2SO3溶液（pH≈9）	閉合開關后靈敏電流計指針發生偏轉
	II	NaHSO3溶液（pH≈5）	閉合開關后靈敏電流計指針未發生偏轉

(1)怎樣配制FeCl3溶液？ ________________________________________________________。

(2)甲同學探究實驗I的電極產物。

① 取少量Na2SO3溶液電極附近的混合液，加入_________________________________，產生白色沉淀，證明產生了SO42-。

② 該同學又設計實驗探究另一電極的產物，其實驗方案為_______________________________。

(3)實驗I中負極的電極反應式為______________________________________________________。

乙同學進一步探究FeCl3溶液與NaHSO3溶液能否發生反應，設計、完成實驗并記錄如下：

裝置	編號	反應時間	實驗現象
	III	0~1 min	產生紅色沉淀，有刺激性氣味氣體逸出
		1~30 min	沉淀迅速溶解形成紅色溶液，隨后溶液逐漸變為橙色，之后幾乎無色
		30 min后	與空氣接觸部分的上層溶液又變為淺紅色，隨后逐漸變為淺橙色

(4)乙同學認為刺激性氣味氣體的產生原因有兩種可能，用離子方程式表示②的可能原因。

① Fe3+＋3HSO3- Fe(OH)3 ＋3SO2；②_____________________________________________。

(5)查閱資料：溶液中Fe3+、SO32-、OH－三種微粒會形成紅色配合物并存在如下轉化：

從反應速率和化學平衡兩個角度解釋1~30 min的實驗現象：______________________________。

（實驗反思）

(6)分別對比I和II、II和III，FeCl3能否與Na2SO3或NaHSO3發生氧化還原反應和______________________有關（寫出兩條）。

Answer 1

【答案】將FeCl3溶于濃鹽酸，再稀釋至指定濃度 足量鹽酸和BaCl2溶液 取少量FeCl3溶液電極附近的混合液，加入鐵氰化鉀溶液，產生藍色沉淀，證明產生了Fe2+ 3SO32--2e-+H2O=SO42-+2HSO3- H++HSO3-=H2O+SO2↑ 生成紅色配合物的反應速率快，紅色配合物生成橙色配合物的速率較慢；在O2的作用下，橙色的HOFeOSO2濃度下降，平衡不斷正向移動，最終溶液幾乎無色 溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-濃度不同（或Na2SO3與NaHSO3不同，或Na2SO3與NaHSO3的陰離子不同）、反應物是否接觸形成紅色配合物（任寫兩條）

【解析】

甲同學實驗：利用鐵離子能夠將SO32-氧化設計原電池，則原電池中氯化鐵溶液為正極得電子發生還原反應，試劑X為負極，失電子發生氧化反應；實驗中X為Na2SO3溶液時電流計指針發生偏轉，說明鐵離子將SO32-氧化；實驗中X為NaHSO3溶液時電流計指針未發生偏轉，說明二者可能不反應；

乙同學進一步探究FeCl3溶液與NaHSO3溶液能否發生反應：0~1 min產生紅色沉淀，有刺激性氣味氣體逸出，紅色沉淀應為Fe(OH)3，氣體應為二氧化硫，說明二者發生雙水解；1~30 min沉淀迅速溶解形成紅色溶液，隨后溶液逐漸變為橙色，之后幾乎無色，結合查閱的資料可知生成了HOFeOSO2，該物質存在平衡HOFeOSO2HOFeOSO2，在氧氣的作用下不斷正向進行，最終溶液幾乎無色；30min后反應現象是空氣接觸部分的上層溶液又變為淺紅色，隨后逐漸變為淺橙色，反應后的亞鐵離子被空氣中氧氣氧化為鐵離子，過量的HSO3-電離提供SO32-，溶液中Fe3+、SO32-、OH-三種微粒會繼續反應形成紅色配合物。

(1)實驗室配制FeCl3溶液時，為了防止鐵離子水解，先將FeCl3固體溶解在較濃的鹽酸中然后加水稀釋；

(2)①若有硫酸根生成，則加入鹽酸酸化的氯化鋇溶液會有白色沉淀生成；

②氯化鐵溶液為原電池正極，發生還原反應，Fe3+被還原成Fe2+，鐵氰化鉀溶液可以與亞鐵離子反應生成藍色沉淀，所以方案為取少量FeCl3溶液電極附近的混合液，加入鐵氰化鉀溶液，產生藍色沉淀，證明產生了Fe2+；

(3)實驗I中試劑X為原電池負極，SO32-被氧化生成硫酸根，電極方程式為3SO32—2e-+H2O=SO42-+2HSO3-；

(4)pH=1的氯化鐵溶液中有大量的氫離子，亞硫酸氫根離子結合氫離子生成二氧化硫氣體，反應的離子方程式：H++HSO3-=H2O+SO2↑；

(5)FeCl3溶液與NaHSO3溶液混合反應，在1～30 min出現現象為：沉淀迅速溶解形成紅色溶液，隨后溶液逐漸變為橙色，之后幾乎無色，根據資料：溶液中Fe3+、SO32-、OH-三種微粒會形成紅色配合物并存在轉化：HOFeOSO2HOFeOSO2Fe2++SO42-，可知原因是：生成紅色配合物的反應速率快，紅色配合物生成橙色配合物的速率較慢；在氧氣的作用下橙色的HOFeOSO2濃度下降平衡HOFeOSO2HOFeOSO2，不斷正向進行，最終溶液幾乎無色。

(6)分別對比Ⅰ和Ⅱ、Ⅱ和Ⅲ，FeCl3能否與Na2SO3或NaHSO3發生氧化還原反應和溶液pH不同、Na2SO3、NaHSO3溶液中SO32-濃度不同(或Na2SO3與NaHSO3不同，或Na2SO3與NaHSO3的陰離子不同)、反應物是否接觸形成紅色配合物有關。