Question

【題目】在進(jìn)行化學(xué)實驗時，經(jīng)常會有與預(yù)期不符的現(xiàn)象出現(xiàn)。某化學(xué)實驗小組在實驗室進(jìn)行鐵鹽與亞鐵鹽相互轉(zhuǎn)化的實驗，就出現(xiàn)了與預(yù)設(shè)不太一致的現(xiàn)象。

實驗I：將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+

（1）Fe3+與Cu粉發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_________________________________。

（2）該小組同學(xué)用對比實驗法探究白色沉淀產(chǎn)生的原因，請將其方案補(bǔ)充完整：

實驗方案	現(xiàn)象	結(jié)論
步驟1：取4mL_________mol/ L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mo/ L KSCN溶液	產(chǎn)生白色沉淀	Cu SO4與KSCN反應(yīng)產(chǎn)生了白色沉淀
步驟2：取4mL0.2mol/ L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/ L KSCN溶液	___________

查閱資料：①SCN－的化學(xué)性質(zhì)與I－相似 ②2Cu2++4I－=2CuI↓+I2

③(SCN)2的化學(xué)性質(zhì)與I2相似

則Cu2+與SCN－反應(yīng)的離子方程式為____________________________________________。

實驗Ⅱ：將Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+

實驗方案	現(xiàn)象
向3mL0.1mol/L FeSO4溶液中加入lmL8mol/L稀硝酸	溶液變?yōu)樽厣�，放置一段時間后，棕色消失，溶液變?yōu)辄S色

探究上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因：

查閱資料：Fe2++NOFe(NO)2+(棕色) ②Fe(NO)2+與HNO3不反應(yīng)

（3）用離子方程式解釋NO產(chǎn)生的原因____________________________________________。

（4）從化學(xué)反應(yīng)速率與限度的角度對體系中存在的反應(yīng)進(jìn)行

反應(yīng)I：Fe2+與HNO3反應(yīng)； 反應(yīng)Ⅱ：Fe2+與NO反應(yīng)

①依據(jù)實驗現(xiàn)象，甲認(rèn)為反應(yīng)I的速率比反應(yīng)Ⅱ___________(填“快”或“慢”)。

②乙認(rèn)為反應(yīng)I是一個不可逆反應(yīng)，并通過實驗證明其猜測正確，乙設(shè)計的實驗方案是_______________________________________________________。

③請用化學(xué)平衡移動原理解釋溶液由棕色變?yōu)辄S色的原因______________________。

（5）丙認(rèn)為若生成的NO與Fe2+不接觸，溶液就不會出現(xiàn)棕色，他利用實驗室常用的儀器和藥品設(shè)計并完成了如圖所示的實驗，實現(xiàn)了Fe2+Fe3+的轉(zhuǎn)化，同時避免出現(xiàn)此異�，F(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)：U形管右側(cè)有氣泡，U形管左側(cè)的現(xiàn)象為___________、B溶液是___________溶液(填化學(xué)式)。

Answer 1

【答案】2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+ 0.1 無明顯現(xiàn)象 2Cu2++4SCN－=2CuSCN↓+(SCN)2 3Fe2++4H++NO3－＝3Fe3++NO↑+2H2O 慢 取反應(yīng)后的黃色溶液少量于一支試管中，向其中加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液無明顯變化，說明反應(yīng)I是不可逆反應(yīng) Fe2+被硝酸氧化為Fe3+，導(dǎo)致溶液中Fe2+濃度降低，平衡Fe2++NOFe(NO)2+逆向移動，最終Fe(NO)2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，溶液由棕色變?yōu)辄S色 溶液由淺綠色變?yōu)辄S色 HNO3

【解析】

（1）Fe3＋與Cu粉發(fā)生反應(yīng)生成銅離子與亞鐵離子；

（2）圖1中得到溶液中Fe2＋為0.2mol·L－1，Cu2＋為0.1mol·L－1，分別取相同濃度的硫酸銅溶液、硫酸亞鐵溶液，滴入KSCN溶液進(jìn)行對照實驗；

由題目信息①SCN－的化學(xué)性質(zhì)與I－相似 ②2Cu2++4I－=2CuI↓+I2，可知，Cu2＋與SCN－反應(yīng)生成CuSCN沉淀，同時生成（SCN）2；

（3）亞鐵離子具有還原性，酸性條件下硝酸根具有強(qiáng)氧化性，反應(yīng)生成鐵離子、NO與水；

（4）①依據(jù)實驗現(xiàn)象，先看到溶液變?yōu)樽厣�，甲認(rèn)為反應(yīng)I的速率比反應(yīng)Ⅱ慢；

②反應(yīng)Ⅰ是一個不可逆反應(yīng)，設(shè)計實驗方案加以證明取反應(yīng)后的黃色溶液少量于一支試管中，向其中加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液無明顯變化，說明反應(yīng)I是不可逆反應(yīng)；

③Fe2＋被硝酸氧化為Fe3＋，導(dǎo)致溶液中Fe2＋濃度降低，導(dǎo)致平衡發(fā)生移動，最終Fe（NO）2+完全轉(zhuǎn)化為Fe3＋。

（5）利用原電池原理，使NO與Fe2＋在不同的電極區(qū)域生成。

（1）Fe3＋與Cu粉發(fā)生反應(yīng)生成銅離子與亞鐵離子，反應(yīng)離子方程式為：2Fe3＋+Cu═2Fe2＋+Cu2＋；

（2）由反應(yīng)2Fe3＋+Cu═2Fe2＋+Cu2＋，可知圖1中得到溶液中Fe2＋為0.2mol·L－1，Cu2＋為0.1mol·L－1，分別取相同濃度的硫酸銅溶液、硫酸亞鐵溶液，滴入KSCN溶液進(jìn)行對照實驗，故實驗方案為：

步驟1：取4mL 0.1mol·L－1 CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1 KSCN溶液；

步驟2：取4mL 0.2mol·L－1 FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol·L－1 KSCN溶液，無明顯現(xiàn)象。

由題目信息①SCN－的化學(xué)性質(zhì)與I－相似 ②2Cu2++4I－=2CuI↓+I2，可知，Cu2＋與SCN－反應(yīng)生成CuSCN沉淀，同時生成（SCN）2，反應(yīng)離子方程式為：2Cu2＋+4SCN－=2CuSCN↓+（SCN）2；

（3）亞鐵離子具有還原性，酸性條件下硝酸根具有強(qiáng)氧化性，反應(yīng)生成鐵離子、NO與水，反應(yīng)離子方程為：3Fe2＋+4H＋+NO3－═3Fe3＋+NO↑+2H2O；

（4）①依據(jù)實驗現(xiàn)象，先看到溶液變?yōu)樽厣�，甲認(rèn)為反應(yīng)I的速率比反應(yīng)Ⅱ慢；

②反應(yīng)中硝酸過量，若存在平衡，溶液中含有Fe2＋，否則沒有Fe2＋，具體的實驗方案是：取反應(yīng)后的黃色溶液少量于一支試管中，向其中加入幾滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液無明顯變化，說明反應(yīng)I是不可逆反應(yīng)；

③Fe2+被硝酸氧化為Fe3+，導(dǎo)致溶液中Fe2+濃度降低，平衡Fe2++NOFe(NO)2+逆向移動，最終Fe(NO)2+轉(zhuǎn)化為Fe3+，溶液由棕色變?yōu)辄S色。

（5）利用原電池原理，使NO與Fe2＋在不同的電極區(qū)域生成，U形管右側(cè)有氣泡，U形管左側(cè)的現(xiàn)象為溶液由淺綠色變?yōu)辄S色、B溶液是稀硝酸溶液，化學(xué)式為HNO3。