题目内容

12．Fe、Cu都是人类较早使用的金属，某校化学研究性学习小组的同学运用实验的手段研究Fe、Cu以及化合物的相关性质．请你参与研究并回答下列问题：
（1）甲同学完成了Fe、Cu分别与S、Cl2反应的实验，下列物质中不可能为甲同学实验得到的生成物是B
A．FeCl3 B．FeCl2   C．CuCl2   D．FeS
（2）乙同学为验证Fe能和热的浓HNO3反应，设计了如图所示的实验装置，请说出装置B的作用：缓冲作用、防倒吸作用．开始加热前无（填“有”或“无”）明显现象．
（3）当乙同学实验结束时，铁完全溶解，试管液面上方为无色气体，试管上部为红棕色气体，此时丙同学用所得的溶液进行如下实验和探究：
①在所得的溶液中加入一小块Cu片，结果Cu片先逐渐溶解，并伴随其他现象，反应一段时间后不再溶解．丙同学依据反应现象得出Cu片溶解的原因可能是和过量的HNO3发生反应．他依据的反应现象是生成无色气体；试管上部出现红棕色气体；该反应的离子方程式为3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O．你认为Cu片溶解是否还有另一原因，若有请用化学方程式表示其理由：2Fe（NO3）3+Cu=Cu（NO3）2+2Fe（NO3）2（若无此空不填）
②请你设计实验证明在加入Cu片并反应完全后的溶液中含有Fe2+但不含有Fe3+．说明具体的操作和实验现象取该溶液少许，滴加适量的KSCN溶液，不出现红色，再滴加适量新制氯水，出现红色．
③丙同学实验结束后加水稀释后得到溶液500mL，假设实验全过程硝酸只被还原成NO和NO2共0.02mol并测得溶液中Fe2+和Cu2+浓度均为0.02mol/L，则NO3-的物质的量浓度为0.08mol/L．生成NO气体的体积为0.224L（标准状况）．
（4）本次探究实验用掉密度为1.5g•cm-3质量分数为95%的浓硝酸3mL，超出实际参加反应的量其原因有（写出两点）：①浓硝酸易挥发部分硝酸挥发②硝酸受热分解．

分析 （1）Fe与Cl2反应生成FeCl3，Cu与Cl2反应生成CuCl2，Fe与S反应生成FeS；
（2）Fe能和热的浓HNO3反应生成二氧化氮，二氧化氮能和水反应，若A与C直接连接，C中液体能倒吸到A中，所以装置B具有缓冲作用、防倒吸作用，开始加热前无明显现象；
（3）①根据二氧化氮的性质分析，二氧化氮能和水反应生成硝酸，当溶液中硝酸过量时，二氧化氮会剩余，气体呈红棕色；硝酸过量时，铁和硝酸反应生成三价铁，根据三价铁的性质分析；
②先根据Fe3+的特征反应，加入硫氰酸钾溶液判断溶液不含Fe3+，然后加入氧化剂，如果含有Fe2+，Fe2+被氧化剂氧化成Fe3+溶液变成红色，以此证明Fe2+的存在；
③根据N原子守恒可知，溶液中NO3-的物质的量n（NO3-）=2n（Fe2+）+2n（Cu2+），硝酸只被还原成NO和NO2共0.02mol，根据得失电子守恒计算生成NO的物质的量；
（4）根据浓硝酸易挥发、易分解的性质分析解答．

解答 解：（1）Cl2氧化性较强，与变价金属生成高价的金属氯化物，Fe与Cl2的反应生成FeCl3，Cu与Cl2反应生成CuCl2，S氧化性较弱，与变价金属生成低价的金属硫化物，Fe与S的反应生成FeS，
故答案为：B；
（2）Fe能和热的浓HNO3反应：Fe+6HNO3（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO3）3+3NO2↑+3H2O，生成的二氧化氮能和水反应3NO2+H2O=2HNO3+NO，若A与C直接连接，C中液体能倒吸到A中，所以装置B具有缓冲作用、防倒吸作用，开始加热前无反应发生所以无明显现象，
故答案为：缓冲作用；防倒吸作用；无；
（3）①二氧化氮能和水反应生成硝酸和一氧化氮，当溶液中硝酸过量时，抑制二氧化氮的溶解，所以Cu片溶解的原因可能是和过量的HNO3发生反应，可看到生成无色气体，试管上部出现红棕色气体，该反应的离子方程式为3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O，硝酸过量时，铁和硝酸反应生成三价铁，三价铁和铜能反应生成二价铁离子和铜离子，从而使铜片溶解，发生反应为2Fe（NO3）3+Cu=Cu（NO3）2+2Fe（NO3）2，
故答案为：生成无色气体；试管上部出现红棕色气体；3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+4H2O；2Fe（NO3）3+Cu=Cu（NO3）2+2Fe（NO3）2；
②取适量反应后的溶液放入试管中，加入KSCN溶液无明显现象，再加入少量氯水，溶液变红则证明溶液中含有Fe2+但不含Fe3+，
故答案为：取该溶液少许，滴加适量的KSCN溶液，不出现红色，再滴加适量新制氯水，出现红色；
③丙同学实验结束后加水稀释后得到溶液500mL，溶液中Fe2+和Cu2+浓度均为0.02mol/L，溶液中NO3-的物质的量n（NO3-）=2n（Fe2+）+2n（Cu2+）=2×0.02mol/L×0.5L+2×0.02mol/L×0.5L=0.04mol，则NO3-的物质的量浓度为C=$\frac{n}{v}$=$\frac{0.04mol}{0.5L}$=0.08mol/L，生成亚铁离子和铜离子失去的电子等于+5价的氮得到的电子，根据得失电子守恒3×n（NO）+1×n（NO2）=2n（Fe2+）+2n（Cu2+）=0.04mol，根据N原子守恒可知，被还原的n（HNO3）=n（NO）+n（NO2）=0.02mol，解得：n（NO）=n（NO2）=0.01mol，生成NO气体的体积为V=nVm=0.224L，
故答案为：0.08； 0.224；
（4）本次探究实验用掉浓硝酸超出实际参加反应的量，是因为：①浓硝酸易挥发部分硝酸挥发，②硝酸受热分解，
故答案为：①浓硝酸易挥发部分硝酸挥发； ②硝酸受热分解．

点评 本题考查了常见金属铜和铁的化学性质，硝酸的性质，实验基本操作，氧化还原反应的计算，侧重考查分析计算能力，利用原子守恒分析解答能化繁为简，题目难度中等．

练习册系列答案
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7．下列反应中必须加入还原剂才能进行的是（　　）
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17．已知NH3和HCl都能用来作喷泉实验的气体，若在相同条件下用等体积烧瓶各收集满NH3和HCl气体，进行实验（两烧瓶内充满溶液且不考虑溶质的扩散）．下列说法错误的是（　　）
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