Question

（12分）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。

图1                                    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__________；t₁～t₂时间段，反应生成的气体是__________。

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__________；为了验证你的假设，请设计一种简便的实验方案__________。

（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__________；若反应结束后的溶液中n(Fe³⁺):n(Fe²⁺)=2:1，则的值为__________。

 

Answer 1

【答案】

.(1) ① 钝化，SO₂    

②  溶液中的SCN^-被氧化，向褪色后的溶液中加FeCl₃,若溶液不褪色则假设成立

（2）  1/4 < a/b <3/8 ，9/32

【解析】（1）①常温下铁在浓硫酸中发生钝化，所以得不到气体。随着温度的升高，fie被浓硫酸氧化生成SO₂气体。

②氯水褪色，说明氯水被还原。因此除了铁离子还原之外，也可能是被溶液中的SCN^-还原。

所以可以通过检验SCN^-来鉴别，即向褪色后的溶液中加FeCl₃,若溶液不褪色则假设成立。

（2）铁和硝酸的反应的方程式是Fe＋4HNO₃=Fe(NO₃)₃＋NO↑＋2H₂O。如果铁过量，则方程式是3Fe＋8HNO₃=3Fe(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O。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 ；反应结束后的溶液中n(Fe³⁺):n(Fe²⁺)=2:1，则生成硝酸铁和硝酸亚铁分别是2a/3mol和a/3mol，所以被还原的硝酸是（b－2a－2a/3）mol。根据电子的得失守恒可知，2a/3×3＋a/3×2＝（b－2a－2a/3）×3，解得a︰b＝9︰32。