菱铁矿（主要成分是FeCO3）是炼铁的原料．已知FeCO3为白色固体，不溶于水，在干燥空气中稳定，潮湿环境中需较长时间被氧化为Fe（OH）3．I．（1）甲同学取一定量碳酸亚铁固体于烧杯中，

Question

菱铁矿（主要成分是FeCO₃）是炼铁的原料．已知FeCO₃为白色固体，不溶于水，在干燥空气中稳定，潮湿环境中需较长时间被氧化为Fe（OH）₃．
I．（1）甲同学取一定量碳酸亚铁固体于烧杯中，加入足量水，将烧杯放置在天平左盘上，向右盘放入砝码至天平平衡．放置较长时间后（不考虑水分蒸发），观察到天平的指针会___（填“偏左”、“偏右”、“不发生偏转”）；放置过程中还可观察到的实验现象为___．
II．乙同学设计图1所示的装置制备FeCO₃．（FeSO₄和NaHCO₃溶液均用经煮沸后冷却的蒸馏水配制，并在FeSO₄溶液中加入少量铁粉）．滴加NaHCO₃溶液后观察到试管中出现白色沉淀，同时有大量无色气体生成．

（2）产生的气体是___ （填分子式）．
（3）丙同学对白色沉淀的成分提出异议，并做出如下假设，请补充完成假设3：
假设1：白色沉淀是FeCO₃；
假设2：白色沉淀是Fe（OH）₂；
假设3：白色沉淀是___．
（4）若假设1成立，写出有关反应的化学方程式：___．
（5）若假设2成立，说明用经煮沸后冷却的蒸馏水配制FeSO₄和NaHCO₃溶液的目的是___．
请设计一个实验方案验证假设2成立，写出实验步骤、预期现象和结论，实验所需仪器和药品自选．
___．
III．现取20.0g菱铁矿，向其中加入足量稀硫酸，充分反应，测得固体质量与所加稀硫酸的质量关系如图2所示．（假设菱铁矿中杂质不参加反应，且难溶于水．）
（6）菱铁矿中FeCO₃的质量分数为___
（7）若将稀硫酸改成1mol L^-1HNO₃，则该反应的离子方程式为___．将反应逸出的气体与一定量的O₂混合循环通入反应液中，目的是___．
IV．某铁锈成分为Fe₂O₃•xH₂O和FeCO₃．为确定其组成，兴趣小组称取此铁锈样品25.4g，在科研人员的指导下用图3装置进行实验．

【查阅资料】
①Fe₂O₃•xH₂O失去结晶水温度为110℃，FeCO₃在282℃分解为FeO和CO₂．
②温度高于500℃时铁的氧化物才能被CO还原．
（8）装配好实验装置后，首先要___．
（9）装置A中的反应为：H₂C₂O₄ （草酸） (浓硫酸.)/(△) CO↑+CO₂↑+H₂O．通过B、C装置可得到干燥、纯净的CO气体，洗气瓶B中应盛放___（选填序号）．
a．浓硫酸        b．澄清的石灰水      c．氢氧化钠溶液
（10）现控制D装置中的温度为300℃对铁锈进行热分解，直至D装置中剩余固体质量不再变化为止，冷却后装置E增重3.6g，装置F增重2.2g．
则样品中FeCO₃的质量m（FeCO₃）=___g，x=___．
（11）若缺少G装置，测得的m（FeCO₃）___（选填“偏大”、“偏小”、“不变”，下同），x的值会___．

Answer 1

（1）在有水与空气下，放置较长时间后，碳酸亚铁会发生反应：4FeCO₃+6H₂O+O₂=4Fe（OH）₃+4CO₂，从而使左边物质质量变大，则指针或偏右；碳酸亚铁是白色固体、氢氧化铁是红褐色固体，所以颜色也由FeCO₃白色变为Fe（OH）₃红褐色，
故答案为：偏右；白色固体变成红褐色固体（或产生气泡）；
（2）HCO₃^-和Fe ²⁺相互促进水解生成Fe（OH）₂和CO₂，溶液中产生的气体为CO₂，
故答案为：CO₂；
（3）根据组合可推知假设3为Fe（OH）₂和FeCO₃，
故答案为：Fe（OH）₂和FeCO₃；
（4）如果白色沉淀的碳酸亚铁，则硫酸亚铁和碳酸氢钠发生复分解反应，为非氧化还原反应，根据元素守恒及产物的稳定性推知反应方程式为：FeSO₄+2NaHCO₃=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄，
故答案为：FeSO₄+2NaHCO₃=FeCO₃↓+H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄；
（5）煮沸后冷却的蒸馏水配制FeSO₄和NaHCO₃溶液可以除去水中溶解的氧气，防止生成的Fe（OH）₂被迅速氧化；而产物Fe（OH）₂验证可通过学生熟悉的颜色变化来设计，其检验方法为向产生白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色，则说明假设2成立，
故答案为：除去水中溶解的氧气，防止生成的Fe（OH）₂被迅速氧化；
向产生白色沉淀的试管中通入空气，若白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变为红褐色，则说明假设2成立；
（6）碳酸亚铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁和二氧化碳、水，剩余固体为未反应的杂质，则参加反应的m（FeCO₃）=（20.0-8.4）g=11.6g，碳酸亚铁的质量分数=(碳酸亚铁质量)/(样品质量)×100%=(11.6g)/(20.0g)×100%=58%，
故答案为：58%；
（7）碳酸亚铁与硝酸发生氧化还原反应，铁的产物为+3价，稀硝酸还原产生为NO，反应方程式为3FeCO₃+10H⁺+NO₃‾=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O，NO与氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮和水反应生成硝酸，为防止NO污染空气，且为提高原料利用率，需循环使用NO，
故答案为：3FeCO₃+10H⁺+NO₃‾=3Fe³⁺+3CO₂↑+NO↑+5H₂O；减少环境污染，NO跟H₂O、O₂反应后又得到硝酸，提高原料利用率；
（8）实验基本操作，装配好实验装置后，首先要检查装置气密性，
故答案为：检查装置气密性；
（9）二氧化碳是酸性氧化物，要除去CO₂应该选取溶解性大的碱性溶液，要除去CO₂最好选择氢氧化钠溶液，澄清的石灰水浓度低，碱性弱，
故答案为：c；
（10）温度为300℃时，Fe₂O₃•xH₂O失去结晶水（分解温度为110℃），FeCO₃分解为FeO和CO₂（分解温度为282℃），装置E增重3.6g为水，n（H₂O）=(3.6g)/(18)=0.2mol，根据水分子守恒得n（Fe₂O₃•xH₂O）=(0.2)/(x)mol，装置F增重2.2g为二氧化碳，n（CO₂）=(2.2g)/(44g/mol)=0.05mol，根据C原子守恒得n（FeCO₃）=0.05mol，
0.05mol FeCO₃质量为：0.05mol×116mol L^-1=5.8g
则Fe₂O₃•xH₂O质量为：25.4g-5.8g=19.6g．
(0.2)/(x) mol×（160+18x）mol L^-1=19.6g    
  x=2，
故答案为：5.8；2；
（11）若缺少G装置，F会吸收部分空气中的水与二氧化碳而增重，使测得的m（FeCO₃）偏大，计算所得Fe₂O₃•xH₂O质量偏小，而计算出的x偏大，
故答案为：偏大；偏大．