Question

【题目】某小组在验证反应“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的实验中检测到Fe3+，发现和探究过程如下。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸银溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，烧杯底部有黑色固体，溶液呈黄色。

（1）检验产物

①取出少量黑色固体，洗涤后，__（填操作和现象），证明黑色固体中含有Ag。

②取上层清液，滴加K3Fe(CN)6溶液，产生蓝色沉淀，说明溶液中含有__。

（2）针对“溶液呈黄色”，甲认为溶液中有Fe3+，乙认为铁粉过量时不可能有Fe3+，乙依据的原理是__（用离子方程式表示）。针对两种观点继续实验：

①取上层清液，滴加KSCN溶液，溶液变红，证实了甲的猜测。同时发现有白色沉淀产生，且溶液颜色深浅、沉淀量多少与取样时间有关，对比实验记录如下：

序号	取样时间/min	现象
ⅰ	3	产生大量白色沉淀；溶液呈红色
ⅱ	30	产生白色沉淀；较3min时量少；溶液红色较3min时加深
ⅲ	120	产生白色沉淀；较30min时量少；溶液红色较30min时变浅

（资料：Ag+与SCN-生成白色沉淀AgSCN）

②对Fe3+产生的原因作出如下假设：

假设a：可能是铁粉表面有氧化层，能产生Fe3+；

假设b：空气中存在O2，由于__（用离子方程式表示），可产生Fe3+；

假设c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可产生Fe3+；

假设d：根据__现象，判断溶液中存在Ag+，可产生Fe3+。

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ：向硝酸酸化的__溶液（pH≈2）中加入过量铁粉，搅拌后静置，不同时间取上层清液滴加KSCN溶液，3min时溶液呈浅红色，30min后溶液几乎无色。

实验Ⅱ：装置如图。其中甲溶液是__，操作及现象是__。

（3）根据实验现象，结合方程式推测实验ⅰ~ⅲ中Fe3+浓度变化的原因：__。

Answer 1

【答案】加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀 Fe2+ Fe+2Fe3+=3Fe2+ 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后产生白色沉淀 0.05mol·L-1NaNO3溶液 FeSO4溶液（或FeCl2溶液） 分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深 溶液中存在反应：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时，c(Ag+)大，以反应①、②为主，c(Fe3+)增大。约30分钟后，c(Ag+)小，以反应③为主，c(Fe3+)减小

【解析】

（1）①取出少量黑色固体，洗涤后，加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀，证明黑色固体中含有Ag。故答案为：加硝酸加热溶解固体，再滴加稀盐酸，产生白色沉淀；

②由操作和现象可知为Fe2＋的检验，加入铁氰化钾溶液有蓝色沉淀生成，说明溶液中有Fe2＋，故答案为：Fe2＋；

（2）乙认为铁粉过量时不可能有Fe3＋，因铁粉过量时会与Fe3＋发生反应，方程式为2Fe3＋+Fe=3Fe2＋，故答案为：2Fe3＋+Fe=3Fe2＋；

②假设b：当空气中的O2存在时，Fe2＋会与之发生4Fe2＋+O2+4H＋═4Fe3＋+2H2O，可能产生Fe3＋；

假设d：当溶液中存在Ag＋时，Ag＋与SCN－会发生反应Ag＋+SCN－═AgSCN↓，故溶液产生白色沉淀，若随时间变长，白色沉淀减少，红色加深，说明溶液中有Fe3＋。

故答案为：4Fe2＋+O2+4H＋═4Fe3＋+2H2O；加入KSCN溶液后产生白色沉淀；

③下列实验Ⅰ可证实假设a、b、c不是产生Fe3+的主要原因。实验Ⅱ可证实假设d成立。

实验Ⅰ：证明假设a、b、c错误，就是排除Ag＋对实验的干扰，相当于没有Ag＋存在的空白实验，考虑其他条件不要变化，可以选用0.05mol·L-1NaNO3溶液。

实验Ⅱ：原电池实验需要证明的是假设d的反应Ag＋+Fe2＋=Ag+Fe3＋能够实现，所以甲池应当注入FeCl2(或者FesO4溶液)。假设d成立，则上述原电池中能够产生电流，左侧溶液中生成的Fe3+遇到KSCN时红色会更深。其中甲溶液是FeSO4溶液（或FeCl2溶液），操作及现象是分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深。

故答案为：0.05mol·L-1NaNO3溶液；FeSO4溶液（或FeCl2溶液）；分别取电池工作前与工作一段时间后左侧烧杯中溶液，同时滴加KSCN溶液，后者红色更深；

（3）由于加入过量铁粉，溶液中存在反应有①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，反应生成的Fe2+能够被Ag+氧化发生反应②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，生成的Fe与过量铁粉发生反应③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时，c(Ag+)大，以反应①、②为主，c(Fe3+)增大。约30分钟后，c(Ag+)小，以反应③为主，c(Fe3+)减小。

故答案为：溶液中存在反应：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时，c(Ag+)大，以反应①、②为主，c(Fe3+)增大。约30分钟后，c(Ag+)小，以反应③为主，c(Fe3+)减小。