Question

3．某课外小组探究钠、铝、铁、铜单质还原性强弱及其相关化学性质，做了如表实验：

实验1	常温时取四种金属少量分别放入装有蒸馏水的试管中
实验2	再取少量铝、铁、铜分别放入装有稀硫酸的试管中

（1）实验1中能发生反应的离子方程式2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑．
（2）实验2中能够判断出铝、铁、铜还原性强弱的现象是铝、铁均产生气泡且铝稍快些，铜不产生气泡．
结论：由实验1、2得出四种金属的还原性强弱顺序为Na＞Al＞Fe＞Cu；请从原子结构角度解释钠的还原性强于铝Na、Al同属于第三周期Na原子半径大于Al．
（3）为确认实验2反应后溶液中的金属阳离子，再进行实验：
①取Al反应后的溶液逐滴加入过量的NaOH溶液
②一段时间后，取Fe反应后的溶液，检验Fe²⁺方法正确的是bc．
a．滴加KSCN溶液，无明显变化，再加入少量氯水，溶液变红
b．滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，有蓝色沉淀产生
c．滴加NaOH溶液，产生的白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
（4）在实验2中，铝、铁反应现象的差异并不是很明显，有同学建议再设计一种实验来证明这两种金属的还原性关系，请设计一种实验方案将铝条插入硫酸亚铁溶液溶液中，溶液颜色变浅，铝条变粗．
（5）在实验过程中，还有同学为了验证铁与铜的还原性，用铁、铜、导线、烧杯、氯化铁溶液设计了原电池装置．
①画出原电池的装置图．
②该电池的正极反应为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）钠、铝、铁、铜单质中，钠的化学性质最活泼，常温下钠、铝、铁、铜单质少量分别放入装有蒸馏水的试管中，只有钠和水反应；
（2）常温下与冷水反应的金属比不能与冷水反应的金属活泼，根据金属活动性顺序的意义进行分析，在金属活动性顺序中，氢前的金属能与酸反应生成氢气，金属越活泼，反应生成氢气的速率越快；钠的原子半径比铝大，易失去电子；
（3）Fe³⁺遇SCN^-显红色，Fe²⁺遇K₃[Fe（CN）₆]溶液产生蓝色沉淀，氢氧化亚铁白色沉淀在空气中能迅速变成灰绿色，最终变成红褐色氢氧化铁；
（4）在金属活动性顺序中，位置在前的金属能将位于其后的金属从其盐溶液中置换出来，据此设计实验来证明这两种金属的还原性关系；
（5）原电池中活泼金属作负极，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，验证铁与铜的还原性，铁易失电子作负极、铜作正极，电解质为可溶性的铁盐，正极上铁离子得电子发生还原反应．

解答 解：（1）钠、铝、铁、铜单质中，钠的化学性质最活泼，常温下铝、铁、铜单质和水不反应，只有钠和水反应生成氢氧化钠和氢气，反应为：2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑，
故答案为：2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑；
（2）铝、铁在金属活动性顺序中，位于氢的前面，实验2取少量铝、铁、铜分别放入装有稀硫酸的试管中，铝、铁均产生气泡，金属越活泼，反应生成氢气的速率越快，铝产生气泡稍快些，常温下与冷水反应的金属比不能与冷水反应的金属活泼，由实验1得出金属的还原性强弱顺序为：钠＞铝、铁、铜，由实验1、2得出四种金属的还原性强弱顺序为：Na＞Al＞Fe＞Cu，钠、铝位于周期表相同周期，原子核外电子层数相同，与铝相比，钠原子半径更大，失去电子能力更强，
故答案为：铝、铁均产生气泡且铝稍快些，铜不产生气泡；Na＞Al＞Fe＞Cu；Na、Al同属于第三周期Na原子半径大于Al；
（3）②实验2反应后溶液中的金属阳离子有亚铁离子、铝离子，一段时间后，取Fe反应后的溶液，亚铁离子可能被氧化．
a．检验三价铁离子用硫氰化钾溶液，溶液变红色，证明有三价铁离子，滴加KSCN溶液，无明显变化，再加入少量氯水，溶液变红，证明有三价铁离子，不能说明有亚铁离子，故a错误；
b．检验二价铁离子用K₃[Fe（CN）₆]溶液，Fe²⁺遇K₃[Fe（CN）₆]溶液产生蓝色沉淀，说明有二价铁离子，故b正确；
c．滴加NaOH溶液，产生的白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色，说明有二价铁离子，故c正确；
故答案为：bc；
（4）在金属活动性顺序中，位置在前的金属能将位于其后的金属从其盐溶液中置换出来．所以，铝能与硫酸亚铁反应生成硫酸铝和铁，设计实验来证明这两种金属的还原性关系可为：将铝条插入硫酸亚铁溶液溶液中，溶液颜色变浅，铝条变粗，
故答案为：将铝条插入硫酸亚铁溶液溶液中，溶液颜色变浅，铝条变粗；
（5）①验证铁与铜的还原性，铁易失电子作负极、铜作正极，电解质为可溶性的铁盐，设计的原电池的装置图如图：，
故答案为：；
②负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe-2e-=Fe²⁺，正极上铁离子得电子发生还原反应，电极反应式为2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

点评 本题考查了氧化还原反应的强弱比较，原电池的原理应用，电极反应、离子反应来比较金属性强弱的判断依据等知识，明确金属的活泼性强弱判断方法、原电池原理、知道原电池设计方法是解本题关键，题目难度中等．