题目内容
【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0.05 mol·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K3[Fe(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,且溶液颜色变浅、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3 min时量少;溶液红色较3 min时加深 |
ⅲ | 120 | 产生白色沉淀;较30 min时量少;溶液红色较30 min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,3 min时溶液呈浅红色,30 min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:______。
【答案】 加硝酸加热溶解固体,再滴加稀盐酸,产生白色沉淀。(或者加入足量稀盐酸(或稀硫酸),固体未完全溶解) Fe2+ Fe+2Fe3+=3Fe2+ 4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O 白色沉淀 0.05 mol·L-1 NaNO3溶液 FeCl2溶液(或FeSO4溶液) 按图连接好装置,电流表指针发生偏转,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①②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黑色固体中含有过量铁,如果同时含有银,则可以加入HCl或H2SO4溶解Fe,而银不能溶解。或者先用硝酸溶解固体,再用HCl检验Ag+。②K3[Fe(CN)3]是检验Fe2+的试剂,所以产生蓝色沉淀说明含有Fe2+。(2)过量铁粉与Fe3+反应生成Fe2+,即Fe+2Fe3+=3Fe2+。②O2氧化Fe2+生成Fe3+的反应为4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O。白色沉淀是AgSCN,所以实验可以说明含有Ag+,Ag+可能氧化Fe2+生成Fe3+。③证明假设abc错误,就是排除Ag+时实验比较,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0.05 mol·L-1 NaNO3溶液。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。(3)由于存在过量铁粉,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Fe3+与过量铁粉发生反应③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反应开始时,c(Ag+)大,以反应①②为主,c(Fe3+)增大。约30分钟后,c(Ag+)小,以反应③为主,c(Fe3+)减小。