Question

【题目】某小组同学为比较酸性条件下NO3－、SO42－、Fe3+的氧化性强弱，设计如下实验（夹持仪器已略去，装置的气密性已检验）。

实验记录如下：

	实验操作	实验现象
I	打开活塞c，将过量稀HNO3加入装置B中，关闭活塞c	B中浅绿色溶液立即变为深棕色；一段时间后，溶液最终变为黄色。
II	用注射器取出少量B装置中的溶液，加入KSCN溶液	溶液变为红色。
III	打开活塞b，向A装置中加入足量硫酸，关闭活塞b	A中产生气体；B中有气泡，液面上有少量红棕色气体生成。
IV	一段时间后，用注射器取出少量B装置中的溶液，……	……
V	打开活塞a，通入一段时间空气	————

请回答下列问题：

（1）保存Fe(NO3)2溶液时，常加入铁粉，目的是（用化学方程式表示）________。

（2）实验I中，发生反应的离子方程式是________。

（3）资料表明，Fe2+能与NO结合形成深棕色物质[Fe(NO)]2+： Fe2++ NO[Fe(NO)]2+

用平衡移动原理解释实验I中溶液由深棕色变为黄色的原因是________________________。

（4）分析实验现象，同学们得出了结论。则：

① 实验IV的后续操作是________________，观察到的现象是________________。

② 由实验得出的结论是_______________________。

（5）实验反思

① 实验操作V的目的是_______________________________________。

② 实验操作III，开始时B中溶液的颜色并无明显变化，此时溶液中发生反应的离子方程式是________。

③ 有同学认为装置中的空气会干扰实验结论的得出，应在实验前通一段时间的氮气。你是否同意该看法，理由是________________________________________。

Answer 1

【答案】（1）2Fe(NO3)3+ Fe = 3Fe(NO3)2

（2）3Fe2++ NO3－+ 4H+= 3Fe3++ NO↑+ 2H2O

（3）Fe2+被稀硝酸氧化为Fe3+，使溶液中c(Fe2+)逐渐下降（同时NO的逐渐逸出，也使溶液中c(NO)逐渐下降），平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，显示出Fe3+的黄色。

（4）① 加入K3[Fe(CN)6]溶液 生成蓝色沉淀

② 氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－

（5）① 将装置中的SO2、NO、NO2等气体排进NaOH溶液中吸收，防止污染大气

② 3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO+ 4H+

③ 不同意，

a.实验I中溶液变棕色，有NO生成，说明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；

b.实验IV中溶液中检出Fe2+，说明二氧化硫还原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－；

与装置中是否有氧气无关。

【解析】

硝酸和Fe(NO3)2溶液发生氧化还原反应，Fe2+被氧化为Fe3+，硝酸被还原为NO，生成的NO和还没反应的Fe2+迅速反应生成深棕色物质[Fe(NO)]2+，随着Fe2+不断被氧化，其浓度逐渐降低，使平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，显示出Fe3+的黄色。加入KSCN溶液，显红色。在硝酸和Fe(NO3)2的反应中，硝酸作氧化剂，Fe3+是氧化产物，所以硝酸的氧化性强于Fe3+。装置A产生的SO2进入B中，和B中的Fe3+发生反应：SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，Fe3+作氧化剂，SO42-是氧化产物，所以Fe3+的氧化性强于SO42-，从而可以得出酸性条件下NO3－、SO42－、Fe3+的氧化性强弱。

（1）加入铁粉的目的是为了防止亚铁离子被氧化。化学方程式为：2Fe(NO3)3+ Fe = 3Fe(NO3)2；

（2）实验I中，Fe2+被稀硝酸氧化为Fe3+，离子方程式为：3Fe2++ NO3－+ 4H+= 3Fe3++ NO↑+ 2H2O；

（3）硝酸和Fe(NO3)2溶液发生氧化还原反应，Fe2+被氧化为Fe3+，硝酸被还原为NO，生成的NO和还没反应的Fe2+迅速反应生成深棕色物质[Fe(NO)]2+，随着Fe2+不断被氧化（同时NO的逐渐逸出，也使溶液中c(NO)逐渐下降），其浓度逐渐降低，使平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，显示出Fe3+的黄色；

（4）实验IV是检验B中反应后的溶液中是否存在Fe2+，若存在Fe2+，则证明SO2和Fe3+发生了反应SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，说明Fe3+的氧化性强于SO42-，结合实验Ⅰ和Ⅱ，可以得出氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－的结论。所以实验Ⅳ的后续实验操作是加入K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀。故答案为：加入K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀，氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－；

（5）继续通入空气是为了将装置中的SO2、NO、NO2等气体排进NaOH溶液中吸收，防止污染大气。由于实验操作Ⅰ加入了过量的硝酸，所以实验操作III开始时通入的SO2和B中的硝酸发生氧化还原反应，生成NO和SO42-，溶液的颜色并无明显变化，发生反应的离子方程式是：3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO+ 4H+。装置中是否有氧气，对实验结论的得出没有影响。因为实验I中溶液变棕色，有NO生成，说明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；实验IV中溶液中检出Fe2+，说明二氧化硫还原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－，与装置中是否有氧气无关。故答案为：①将装置中的SO2、NO、NO2等气体排进NaOH溶液中吸收，防止污染大气。②3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO↑+ 4H+。③ 不同意。a.实验I中溶液变棕色，有NO生成，说明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；b.实验IV中溶液中检出Fe2+，说明二氧化硫还原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－；与装置中是否有氧气无关。