Question

16．我校高一化學興趣小組的同學們為探究鐵與濃硫酸的反應，設計了如圖所示裝置進行實驗．

（1）實驗過程中，觀察到B中的實驗現象是品紅溶液由紅色變為無色；寫出C中發生反應的離子方程式2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O．
（2）濃硫酸與足量的鐵絲反應一段時間后，若觀察到從C中有少量的氣泡冒出，此氣泡的成分是H₂．試分析產生該氣體的原因隨著反應的進行，濃硫酸變為稀硫酸，鐵與稀硫酸反應產生氫氣．
（3）用“可抽動的鐵絲”代替“直接投入鐵片”的優點是便于控制鐵與濃硫酸的反應和停止；
（4）反應一段時間后，他們對A中溶液的金屬陽離子進行了探究
①提出假設：
假設1：溶液中只有Fe²⁺；
假設2：溶液中只有Fe³⁺；
假設3：溶液中存在Fe²⁺和Fe³⁺．
②已知假設3是正確的，選擇合適的試劑，設計實驗驗證上述假設3，寫出實驗操作步驟、實驗現象及結論．
限選試劑：稀HNO₃、氯水、酸性KMnO₄溶液、NaOH溶液、KSCN溶液．

實驗操作步驟	實驗現象	結論
Ⅰ取樣；	加入KSCN溶液溶液變紅；	溶液中存在Fe3+；
Ⅱ取樣．	加入酸性KMnO4溶液顏色褪去．	溶液中存在Fe2+．

Answer 1

分析 （1）SO₂能使品紅褪色，二氧化硫是酸性氧化物和堿反應生成鹽和水；
（2）隨著反應的進行，濃硫酸變成稀硫酸后，鐵會與稀硫酸反應生成氫氣，氫氣不與氫氧化鈉溶液反應；
（3）用“可抽動的鐵絲”代替“直接投人鐵片”可以控制反應速率；
（4）依據反應過程和假設分析可知，生成鐵離子或壓他離子或二者全有，加KSCN溶液，溶液不變紅色，排除Fe³⁺；加酸性KMnO₄溶液，KMnO₄溶液褪色，說明溶液中只有Fe²⁺．

解答 解：（1）SO₂能使品紅褪色，二氧化硫有毒，需要用氫氧化鈉溶液吸收，二者反應生成亞硫酸鈉和水，反應的離子方程式為：SO₂+2OH^-═SO₃^2-+H₂O，
故答案為：品紅溶液由紅色變為無色；2OH^-+SO₂=SO₃^2-+H₂O；
（2）A中開始可能發生的反應有：2Fe+6H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O、Fe+Fe₂（SO₄）₃=3FeSO₄，隨著反應的進行，濃硫酸變為稀硫酸，鐵與稀硫酸反應產生氫氣；
故答案為：H₂；隨著反應的進行，濃硫酸變為稀硫酸，鐵與稀硫酸反應產生氫氣；
（3）將抽動的鐵絲脫離液面，反應停止，將抽動的鐵絲插入液面，反應開始，
故答案為：便于控制鐵與濃硫酸的反應和停止；
（4）反應一段時間后，他們對A中溶液的金屬陽離子進行了探究，鐵不足量生成鐵離子，鐵過量可能生成鐵離子或亞鐵離子，溶液中只有Fe²⁺；溶液中只有Fe³⁺，溶液中存在Fe²⁺和Fe³⁺，
檢驗Fe²⁺時必須防止Fe³⁺的干擾，Fe³⁺與酸性高錳酸鉀溶液不反應，而Fe²⁺具有較強的還原性，因此Fe²⁺能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，選擇酸性高錳酸鉀溶液．但必須還要證明溶液中不含Fe³⁺，選用KSCN溶液，取A中溶液少量分別加入Ⅰ、Ⅱ兩只試管中，Ⅰ中滴加少量KSCN溶液，溶液變紅色證明鐵離子存在，Ⅱ中滴加少量酸性高錳酸鉀溶液，溶液褪色溶液中存在Fe²⁺，
故答案為：

實驗操作步驟	實驗現象	結論
Ⅰ取樣；	加入KSCN溶液，KSCN溶液變紅	溶液中存在Fe3+；
Ⅱ取樣．	加入酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液顏色褪去	溶液中存在Fe2+

點評 本題主要考查了實驗方案的設計，依據鐵與濃硫酸反應的原理是解答的關鍵，題目難度較大．