Question

11．某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化的实验：
实验Ⅰ：将Fe³⁺转化为Fe²⁺（图1）

（1）Fe³⁺与Cu粉发生反应的离子方程式为2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺．
（2）探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案：
查阅资料：
ⅰ．SCN^-的化学性质与I^-相似，ⅱ．2Cu²⁺+4I^-=2CuI↓+I₂

实验方案	现象	结论
步骤1：取4mL0.1mol/L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液	产生白色沉淀	CuSO4与KSCN反应产生了白色沉淀
：步骤2：取取4mL 0.1mol/L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液	无明显现象

Cu²⁺与SCN^-反应的离子方程式为2Cu²⁺+4SCN^-=2CuSCN↓+（SCN）₂．
实验Ⅱ：将Fe²⁺转化为Fe³⁺

实验方案	现象
向3mL 0.1mol/L FeSO4溶液中加入1mL 8mol/L稀硝酸	溶液变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色

探究上述现象出现的原因：
查阅资料：Fe²⁺+NO?Fe（NO）²⁺（棕色）
（3）用离子方程式解释NO 产生的原因3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（4）从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行分析：
反应Ⅰ：Fe²⁺与HNO₃反应；    反应Ⅱ：Fe²⁺与NO反应
①依据实验现象，甲认为反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ慢（填“快”或“慢”）．
②乙认为反应Ⅰ是一个不可逆反应，并通过实验证明其猜测正确，乙设计的实验方案是取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应．
③请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺浓度降低，导致平衡Fe²⁺+NO?Fe（NO）²⁺逆向移动，最终Fe（NO）²⁺完全转化为Fe³⁺，溶液由棕色变为黄色．
（5）丙认为若生成的NO与Fe²⁺不接触，溶液就不会出现棕色，请设计实验方案，并画出实验装置图2，实现
Fe²⁺$\stackrel{稀HNO_{3}}{→}$Fe³⁺的转化，同时避免出现此异常现象．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子；
（2）图1中得到溶液中Fe²⁺为0.2mol/L，Cu²⁺为0.1mol/L，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验；
由题目信息ii可知，Cu²⁺与SCN^-反应生成CuSCN沉淀，同时生成（SCN）₂；
（3）亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水；
（4）①反应速率快的反应现象最先表现；
②反应中硝酸过量，若存在平衡，溶液中含有Fe²⁺，否则没有Fe²⁺，可以用K₃[Fe（CN）₆]溶液检验；
③Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺浓度降低，导致平衡发生移动，最终Fe（NO）²⁺完全转化为Fe³⁺；
（5）利用原电池原理，使NO与Fe²⁺在不同的电极区域生成．

解答 解：（1）Fe³⁺与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子，反应离子方程式为：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，
故答案为：2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺；
（2）由反应2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺，可知图1中得到溶液中Fe²⁺为0.2mol/L，Cu²⁺为0.1mol/L，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验，故实验方案为：
步骤1：取4mL 0.1mol/L CuSO₄溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液，
步骤2：取4mL 0.1mol/L FeSO₄溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液，
由题目信息ii可知，Cu²⁺与SCN^-反应生成CuSCN沉淀，同时生成（SCN）₂，反应离子方程式为：2Cu²⁺+4SCN^-=2CuSCN↓+（SCN）₂，
故答案为：0.1；取4mL 0.1mol/L FeSO₄溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液；2Cu²⁺+4SCN^-=2CuSCN↓+（SCN）₂；
（3）亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水，反应离子方程为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，
故答案为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-═3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；
（4）①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最先表现，反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的慢，
故答案为：慢；
②反应中硝酸过量，若存在平衡，溶液中含有Fe²⁺，否则没有Fe²⁺，具体的实验方案是：取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应，
故答案为：取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K₃[Fe（CN）₆]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应；
③Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺浓度降低，导致平衡Fe²⁺+NO?Fe（NO）²⁺逆向移动，最终Fe（NO）²⁺完全转化为Fe³⁺，溶液由棕色变为黄色，
故答案为：Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺，导致溶液中Fe²⁺浓度降低，导致平衡Fe²⁺+NO?Fe（NO）²⁺逆向移动，最终Fe（NO）²⁺完全转化为Fe³⁺，溶液由棕色变为黄色；
（5）利用原电池原理，使NO与Fe²⁺在不同的电极区域生成，实验装置图为，
故答案为：．

点评 本题考查反应原理的探究实验、实验方案设计等，注意利用对照法分析解答，较好的考查学生阅读能力、知识获取与迁移运用能力，注意中学常见仪器与装置的绘画．