Question

某校化学兴趣小组为了探究粗铁粒（含有少量金属铜杂质）与某浓度硝酸反应，设计了如下探究活动：

探究一

（1）将粗铁粒投入某浓度硝酸中，某同学观察该实验现象时发现，反应进行一段时间后，反应开始逐渐加快。请分析反应逐渐加快的可能原因①_____________②_____________。

（2）另称取粗铁粒10 g放入某浓度硝酸中，充分反应后得到溶液X并收集到气体Y。为了探究溶液X中铁元素的价态，甲同学设计如下实验：

有药品和仪器：0.1mol/L KSCN溶液、0.1mol/L KI溶液、0.2mol/L酸性高锰酸钾溶液、氯水等，试管和滴管。

请你设计简单实验，探究上述猜想是否正确，填写下列实验报告：

实验步骤	现象	结论	离子方程式
第一步	取2～3 mL溶液装于试管，向试管中加入几滴KSCN溶液。
第二步		若溶液紫色褪去，则溶液含有Fe2+；若无明显变化，则不含Fe3+。

探究二

为了探究气体Y的成分，同学乙设计了如下装置（不考虑NO₂转化为N₂O₄）

（3）装置乙的作用：                               。

（4）装置丙收集满气体后，通过气泡鼓入空气后，有红棕色气体生成，能否确定气体Y中含NO？说明理由__________                          __。

（5）同学丁为了探究气体Y的组成，在标准状况下将224mL气体Y通入足量的NaOH溶液中，气体被完全吸收，所得溶液再用0.1500mol/L酸性KMnO₄溶液滴定，消耗20.00mLKMnO₄溶液。则气体Y中NO、NO₂的体积比为           。（已知2NO₂+2NaOH＝NaNO₃+NaNO₂+H₂O和NO₂+NO+2NaOH＝2NaNO₂+H₂O）

 

Answer 1

【答案】

 

（1）①反应放热，一段时间后溶液温度升高，反应速率加快；

②由于铁中含杂质铜，反应时形成Fe-Cu 微型原电池，加快反应速率

（2）

步骤	操作	现象与结论	可能的离子方程式
第1步		若溶液变红色，则溶液含有Fe3+；若无现象，则不含Fe3+	Fe3++3SCN－=Fe(SCN)3
第2步	另取少量溶液装于试管，向试管里滴加几滴酸性高锰酸钾溶液		5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

（3）验证NO₂的存在并除去NO₂

（4）不能确定，由于NO₂与水反应也能生成NO，故不能确定气体Y中含NO。

（5）1∶3

【解析】

试题分析：（1）①将粗铁粒投入某浓度硝酸中，发现反应进行一段时间后，反应开始逐渐加快，可从2个方面答：其一是温度原因，其二是形成原电池，故答案为：反应放热，一段时间后溶液温度升高，反应速率加快；②由于铁中含杂质铜，反应时形成Fe-Cu微型原电池，加快反应速率；

（2）可以选择硫氰酸钾来检验三价铁离子，存在三价铁离子时，溶液变红色，亚铁离子具有还原性，可以被高锰酸钾氧化为三价铁离子，导致高锰酸钾褪色，故答案为：

步骤	操作	现象与结论	可能的离子方程式
第1步		若溶液变红色，则溶液含有Fe3+；若无现象，则不含Fe3+	Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3
第2步	另取少量溶液装于试管，向试管里滴加几滴酸性高锰酸钾溶液		5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

 

（3）装置乙中NO₂与Na₂S溶液反应，可看作是先生成硝酸，硝酸在与Na₂S溶液反应生成S沉淀，故可验证NO₂的存在并除去NO₂，故答案为：验证NO₂的存在并除去NO₂；

（4）由于NO₂与水反应也能生成NO，故不能确定气体Y中含NO，可以在乙和丙装置间加一个检验NO₂是否除尽装置，故答案为：不能确定，由于NO₂与水反应也能生成NO，故不能确定气体Y中含NO；

（5）由5NO₂^-～2 MnO₄^-，故2n（NO₂^-）=7.5×10^-3 mol，设NO、NO₂的物质的量分别为x、y mol，则有：x+y=10×10^-3 mol，2x+1/2（y-x）=7.5×10^-3，解得：x=2.5×10^-3 mol，y=7.5×10^-3 mol，气体Y中NO、NO₂的体积比为1：3，故答案为：1：3。

考点：探究化学反应机理及物质组成