Question

3．某學生欲通過實驗方法驗證Fe²⁺的性質．
（1）該同學在實驗前，依據Fe²⁺的還原性，填寫了下表．

實驗操作	預期現象	反應的離子方程式
向盛有新制FeSO4溶液的試管中滴入數滴濃硝酸，振蕩	試管中產生紅棕色氣體，溶液顏色逐漸變黃	Fe2++NO3-+2H+=Fe3++NO2+H2O

依據表中操作，該同學進行實驗，觀察到液面上方氣體逐漸變為紅棕色，但試管中溶液顏色卻變為深棕色．為了進一步探究溶液變為深棕色的原因，該同學進行如下實驗．
（2）向原新制FeSO₄溶液中反應后溶液中均加入KSCN溶液，前者不變紅色，后者變紅．該現象的結論是Fe²⁺被硝酸氧化為Fe³⁺．
（3）該同學通過查閱資料，認為溶液的紅棕色可能是NO₂或NO與溶液中Fe ²⁺或Fe ³⁺發生反應而得到的，為此他利用如圖裝置（氣密性已檢驗，尾氣處理裝置略）進行探究．
Ⅰ．打開活塞a，關閉b，并使甲裝置中反應開始后，觀察到丙中溶液逐漸變為深棕色，而丁中溶液無明顯變化．
Ⅱ．打開活塞b、關閉a，一段時間后再停止甲中反應．
Ⅲ．為與Ⅰ中實驗進行對照，更換丙，丁后，使甲中反應繼續，觀察到的現象與步驟Ⅰ中相同．
①銅與足量濃硝酸反應的化學方程式是Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O；
②裝置乙的作用是使NO₂轉化為NO；
③步驟Ⅱ的目的是排出乙右側裝置中殘留的NO₂；
④該實驗可得出的結論是溶液的深棕色是由Fe²⁺與NO或NO₂作用得到；
（4）該同學重新進行（Ⅰ）中實驗，觀察到了預期現象，其實驗操作是向盛有濃硝酸的試管中滴入數滴新制的FeSO₄溶液，震蕩．

Answer 1

分析 （1）根據離子方程式Fe²⁺+NO₃^-+2H⁺=Fe³⁺+NO₂+H₂O可知，Fe²⁺顯示還原性；
（2）Fe³⁺遇KSCN溶液顯血紅色；
（3）I、打開活塞a，關閉b時，反應生成的NO₂氣體通入了FeSO₄溶液中后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象；
II、打開活塞b、關閉a，乙中需盛裝水溶液，使NO₂與水反應生成NO；
III、為與Ⅰ中實驗進行對照，更換丙，丁后，使甲中反應繼續，觀察到的現象與步驟Ⅰ中相同，即NO通入FeSO₄溶液后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象．
①銅被濃硝酸氧化為Cu（NO₃）₂，濃硝酸被還原為NO₂，據此寫出化學方程式；
②裝置乙裝有的液體是水，使生成的二氧化氮發生反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
③乙的右側裝置中有殘留的NO₂；
④根據I和III的實驗現象分析；
（4）實驗I是NO₂氣體通入了FeSO₄溶液中后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象，據此分析．

解答 解：（1）在離子方程式Fe²⁺+NO₃^-+2H⁺=Fe³⁺+NO₂+H₂O中，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，顯示還原性，故答案為：還原；
（2）向原新制FeSO₄溶液中和反應后溶液中均加入KSCN溶液，前者不變紅色，后者變紅，而由于Fe³⁺遇KSCN溶液顯血紅色，故可以說明滴入的硝酸將Fe²⁺氧化為了Fe³⁺，故答案為：Fe²⁺被硝酸氧化為Fe³⁺；
（3）I、打開活塞a，關閉b時，反應生成的NO₂氣體通入了FeSO₄溶液中后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象；
II、打開活塞b、關閉a，乙中需盛裝水溶液，使NO₂與水反應生成NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
III、為與Ⅰ中實驗進行對照，更換丙，丁后，使甲中反應繼續，觀察到的現象與步驟Ⅰ中相同，即NO通入FeSO₄溶液后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象．
①銅被濃硝酸氧化為Cu（NO₃）₂，濃硝酸被還原為NO₂，根據得失電子數守恒可知化學方程式為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O；
②裝置乙裝有的液體是水，作用是通過反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，使NO₂轉化為NO，來驗證NO與溶液中Fe ²⁺或Fe ³⁺發生的反應故答案為：使NO₂轉化為NO；
③裝置乙有殘留的NO₂，所以需要反應一段時間后，利用生成的NO來排出裝置中的NO₂，從而可以獲得純凈的NO，故答案為：排出乙右側裝置中殘留的NO₂；
④根據實驗I和III的現象可知，溶液的深棕色是由NO或NO₂與Fe²⁺反應得到的，故答案為：溶液的深棕色是由Fe²⁺與NO或NO₂作用得到．
（4）由于實驗I的現象是NO₂氣體通入了FeSO₄溶液中后顯深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中無現象，故可以向盛有濃硝酸的試管中滴入數滴新制的FeSO₄溶液，震蕩，濃硝酸被還原為NO₂，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，此時溶液應該無明顯的顏色變化，故答案為：向盛有濃硝酸的試管中滴入數滴新制的FeSO₄溶液，震蕩．

點評 本題考查了Fe²⁺的還原性以及NO、NO₂與Fe²⁺的反應，Fe²⁺的還原性和Fe³⁺的性質一直是高頻考點，應加強把握，綜合性較強，難度適中．