Question

两组同学对铁及其化合物的性质进行探究．
（1）一组同学用图1所示装置对铁与浓硫酸的反应进行实验．已知：
2Fe+6H₂SO₄（浓） 

△   .

 Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．请你参与探究并回答相关问题．
①检查装置气密性后，将过量的铁屑和一定量的浓硫酸放入烧瓶，塞紧橡皮塞，开始计时．t₁时开始加热，在铁屑表面逐渐产生气泡，当有大量气泡产生时，控制反应温度基本不变．甲同学将收集到的气体体积与时间的关系粗略地表示为图2．
在0～t₁时间段，铁屑表面没有气泡生成，说明铁在浓硫酸中发生了

钝化

；t₁～t₂时间段，反应生成的气体是

SO₂

．
②t₂时，取少量反应液，先滴加少量新制饱和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈现血红色．若再滴加过量新制氯水，却发现红色褪去．同学们对红色褪去的原因提出各自的假设．乙同学的假设是：溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态．你的另一种假设是

溶液中的SCN^-被氧化；

；为了验证你的假设，请设计一种简便的实验方案

向褪色后的溶液中加入FeCl₃溶液，若不恢复红色，则我的假设成立（或：向褪色后的溶液中加入KSCN溶液，若恢复红色，则我的假设成立）

．
（2）另一组同学对铁和稀硝酸的反应进行探究．他们用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸进行实验，若HNO₃只被还原成NO，且反应结束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，则

a

b

的取值范围是

1

4

＜

a

b

＜

3

8

；若反应结束后的溶液中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=2：1，则

a

b

的值为

9

32

．

Answer 1

分析：（1）①根据浓硫酸的强氧化性结合图象中各时间段的变化解答；
②FeCl₃溶液中滴入KSCN溶液，发生络合反应，溶液呈红色，若再滴加过量新制氯水，却发现红色褪去，可能溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态，也可能溶液中的SCN^-被过量的氯水氧化；
（2）根据氧化还原反应中得失电子数目相等来回答，若HNO₃只被还原成NO，1个氮原子从+5价变为+2价得3个电子，1个铁变为+3价失去3个电子或变为+2价失去2个电子；

解答：解：（1）①在0～t₁时间段，铁屑表面没有气泡生成，是因为金属铁被浓硫酸氧化，表面生成一层致密的氧化膜，这种氧化膜不溶于浓硫酸，是金属铁的钝化现象；t₁～t₂时间段，发生反应2Fe+6H₂SO₄（浓） 

△   .

 Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，反应生成的气体是SO₂，
故答案为：钝化；SO₂；
②t₂时，取少量反应液，先滴加少量新制饱和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈现血红色．发生反应：Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃．若再滴加过量新制氯水，却发现红色褪去，从反应物的角度考虑，有两种可能，可能是溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态，没有Fe³⁺，溶液不变红色，也可能是溶液中的SCN^-被氧化，由于没有SCN^-，溶液不变红色，如果是溶液中的SCN^-被氧化，可再加SCN^-，如果是溶液中的+3价铁被氧化为更高的价态，可再加FeCl₃溶液，
故答案为：溶液中的SCN^-被氧化；向褪色后的溶液中加入FeCl₃溶液，若不恢复红色，则我的假设成立（或：向褪色后的溶液中加入KSCN溶液，若恢复红色，则我的假设成立）；
（2）用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸进行实验，若HNO₃只被还原成NO，且反应结束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，Fe和HNO₃均无剩余，若金属铁全转化为亚铁，铁失电子的量为2amol，硝酸显示酸性和氧化性，根据
3Fe+8HNO₃ =3Fe（NO₃）₂ +2NO↑+4H₂O
3        8
a mol   b mol   

a

b

＜

3

8

，
若金属铁全转化为三价铁，铁失电子的量为3amol，硝酸显示酸性和氧化性，根据
Fe+4HNO₃ =Fe（NO₃）₃ +NO↑+2H₂O
1       4
a mol   b mol   

a

b

＞

1

4

     则

a

b

的取值范围是

1

4

＜

a

b

＜

3

8

；若反应结束后的溶液中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=2：1，则生成

1

3

a molFe²⁺，失去电子

2

3

amol，同时生成硝酸亚铁须

2

3

amol硝酸根离子； 生成

2

3

amolFe³⁺，失去电子2amol，同时生成硝酸铁须2amol硝酸根离子；总共失去

8

3

amol电子，HNO₃只被还原成NO，1个氮原子从+5价变为+2价得3个电子，根据氧化还原反应中得失电子数目相等，需被还原的硝酸的物质的量为：

8

9

amol，总共须的硝酸根离子为

2

3

amo+2amol=

8

3

amol，所以需硝酸总的物质的量为：

8

9

amol+

8

3

amol=

32

9

amol，用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸进行实验，且反应结束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，说明硝酸全部反应，则

a

b

=

9

32

，
故答案为：

1

4

＜

a

b

＜

3

8

，；

9

32

；

点评：本题综合性强，主要考查了三价铁离子的检验，解题需正确获取题干信息并能灵活运用所学化学知识，进行分析问题、解决问题．