题目内容
【题目】室温下(20oC))课外小组用下列装置探究铁和硝酸反应情况，过程如下图所示：
将Ⅲ中液面上的气体排入小试管中点燃，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴。取反应后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰绿色沉淀。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝。
(1)X气体是______ (填化学式)，证据是________。
(2)实验中硝酸被还原成另一种产物的化学方程式_____。
(3)甲同学对产生的气体原因提出假设并设计方案：
假设1：该浓度的硝酸中H+的氧化性大于NO3-
假设2：H+还原反应速率大于NO3-的还原反应速率
I. 验证假设1：可用____(选 “ Cu” 或“Zn”)粉与同浓度硝酸反应，依据 ____________ ，则假设1不成立。
II. 验证假设2：改变条件重复上图过程实验，结果如下：(所用试剂的量、气体成分与实验上图相同)
序号 | 反应温度 | 实验结果 |
a | 40oC | 溶液浅绿色，收集气体为3.4mL |
b | 60oC | 溶液浅绿色，收集气体为2.6mL |
上表实验结果_____(填“能”或“否”)判断假设2成立。由实验数据结果分析温度对铁粉与硝酸反应时对生成X体积的影响的原因___________。
(4)常温下(20℃)，乙同学改用3mol·L–1 HNO3 进行图1过程实验，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色。由此得出的相关结论正确的是______ 。
a. 该实验产生的无色气体只有NO
b. 若改用浓硝酸时，反应会更剧烈还原产物为NO2
c. 硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同
(5)综上所述，金属与硝酸生成X气体，需要控制的条件是___________ 。
【答案】H2 点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴 4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Cu 溶液变蓝 否 升高温度，H+和NO3-参与的还原反应速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，导致生成的H2减少 c 稀溶液、低温、氢以前的金属
【解析】
由图可知，过量铁粉和稀硝酸完全反应生成无色气体，和空气混合仍为无色，说明没有NO，点燃该气体，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴，说明该气体为氢气。取反应后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰绿色沉淀,说明溶液中含有Fe2+。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝，说明溶液中含有NH4+。
由图可知，过量铁粉和稀硝酸完全反应生成无色气体，和空气混合仍为无色，说明没有NO，点燃该气体，有尖锐爆鸣声，小试管壁出现液滴，说明该气体为氢气。取反应后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰绿色沉淀,说明溶液中含有Fe2+。煮沸时，蒸气带有刺激性气味并能使湿润红色石蕊试纸变蓝，说明溶液中含有NH4+。
(1)根据以上分析X气体应该是H2，证据是点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴，
故答案为：H2 ；点燃有尖锐爆鸣声试管内壁有液滴；
(2) 反应后溶液中含有Fe2+、NH4+，说明铁和硝酸发生氧化还原反应，铁过量生成Fe2+,同时硝酸被还原为NH4+，反应的化学方程式为4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O，
故答案为：4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O；
(3)铜排在金属活动顺序表氢的后面，所以铜和H+不反应，因此若要证明假设1不成立，则可选用Cu粉与同浓度硝酸反应，若溶液变蓝则证明假设1不成立。
对比a、b两次实验，其它条件相同，温度不同，且温度升高，产生的氢气体积反而减小，其原因为升高温度，H+和NO3-参与的还原反应速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，导致生成的H2减少，因此不能说明H+还原反应速率大于NO3-的还原反应速率，即不能判断假设2成立。
故答案为：Cu；溶液变蓝；否；升高温度，H+和NO3-参与的还原反应速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，导致生成的H2减少；
(4) a. 改用3mol·L–1 HNO3，硝酸浓度增大，Ⅱ中仍为无色气体，在Ⅲ中气体变红色，为无色的NO被氧化为红棕色的NO2,该实验产生的无色气体含有NO，不排除含有H2，故a错误；
b. 若改用浓硝酸时，在常温下铁与浓硝酸发生钝化，故b错误；
c. 由实验结果可知，硝酸的浓度不同时，其主要还原产物不同，故c正确。
故答案为：c；
(5)由实验可知，硝酸浓度增大，产物变为NO，还原速度剧增，远远大于 H+的还原速率，以至于得不到氢气，若要金属与硝酸反应生成H2，则需要控制的条件是稀溶液、低温、氢以前的金属，
故答案为：稀溶液、低温、氢以前的金属。
