Question

14．某学生欲探究FeSO₄溶液与浓HNO₃的反应．
该同学向盛有FeSO₄溶液的试管中滴入数滴浓硝酸，并振荡试管，预期现象为试管中会立即产生红棕色气体，溶液焰色逐渐变黄．但实际操作时观察到液面上方气体变化红棕色，且试管中溶液颜色变为深棕色．为了进一步探究溶液变为深棕色的原因，该同学进行如下实验．
回答下列问题
（1）向FeSO₄溶液和反应后溶液中加入KSCN溶液，前者不变红色，后者变红，该现象的结论是原溶液中不含Fe³⁺，Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺．
（2）该同学通过查阅资料，认为溶液的深棕色可能是NO₂或NO与溶液中Fe²⁺或Fe³⁺发生反应而得到的．为此他利用如图装置（气密性已检验，尾气处理装备略）进行探究．

Ⅰ．打开活塞a、关闭b，并使甲装置中反应开始后，观察到丙中溶液逐渐变为深棕色，而丁中溶液无明显变化．
Ⅱ．打开活塞b、关闭a，一段时间后再停止甲中反应．
Ⅲ．为与Ⅰ中实验进行对照重新更换丙、丁后，使甲中反应重复进行步骤Ⅰ实验，观察到的现象与步骤Ⅰ中相同．
①铜与足量浓硝酸反应的离子方程式是Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O．
②装置乙的试剂为水．
③步骤Ⅱ的目的是排出乙右侧装置中残留的NO₂．
④该实验可得出的结论是NO、NO₂可以与Fe²⁺水溶液作用产生深棕色，但Fe³⁺不行．
（3）该同学重新进行FeSO₄溶液与浓HNO₃的反应的实验，观察到了预期现象，其实验操作是向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制FeSO₄溶液，振荡，反应的离子方程式为Fe²⁺+2H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO₂+H₂O．

Answer 1

分析 （1）Fe³⁺遇KSCN溶液显血红色；
（2）I、打开活塞a，关闭b时，反应生成的NO₂气体通入了FeSO₄溶液中后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象；
II、打开活塞b、关闭a，乙中需盛装水溶液，使NO₂与水反应生成NO；
III、为与Ⅰ中实验进行对照，更换丙，丁后，使甲中反应继续，观察到的现象与步骤Ⅰ中相同，即NO通入FeSO₄溶液后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象．
①铜被浓硝酸氧化为Cu（NO₃）₂，浓硝酸被还原为NO₂，据此写出离子方程式；
②装置乙装有的液体是水，使生成的二氧化氮发生反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
③乙的右侧装置中有残留的NO₂；
④根据I和III的实验现象分析；
（3）实验I是NO₂气体通入了FeSO₄溶液中后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象，据此分析．

解答 解：（1）向原新制FeSO₄溶液中和反应后溶液中均加入KSCN溶液，前者不变红色，后者变红，而由于Fe³⁺遇KSCN溶液显血红色，故可以说明滴入的硝酸将Fe²⁺氧化为了Fe³⁺，
故答案为：原溶液中不含Fe³⁺，Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺；
（2）I、打开活塞a，关闭b时，反应生成的NO₂气体通入了FeSO₄溶液中后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象；
II、打开活塞b、关闭a，乙中需盛装水溶液，使NO₂与水反应生成NO：3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；
III、为与Ⅰ中实验进行对照，更换丙，丁后，使甲中反应继续，观察到的现象与步骤Ⅰ中相同，即NO通入FeSO₄溶液后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象．
①铜被浓硝酸氧化为Cu（NO₃）₂，浓硝酸被还原为NO₂，根据得失电子数守恒可知离子方程式为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4H⁺+2NO₃^-=Cu²⁺+2NO₂↑+2H₂O；
②装置乙装有的液体是水，作用是通过反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，使NO₂转化为NO，来验证NO与溶液中Fe ²⁺或Fe ³⁺发生的反应，
故答案为：水；
③装置乙有残留的NO₂，所以需要反应一段时间后，利用生成的NO来排出装置中的NO₂，从而可以获得纯净的NO，
故答案为：排出乙右侧装置中残留的NO₂；
④根据实验I和III的现象可知，溶液的深棕色是由NO或NO₂与Fe²⁺反应得到的，
故答案为：NO、NO₂可以与Fe²⁺水溶液作用产生深棕色，但Fe³⁺不行；
（3）由于实验I的现象是NO₂气体通入了FeSO₄溶液中后显深棕色，而通入Fe₂（SO₄）₃溶液中无现象，故可以向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制的FeSO₄溶液，震荡，浓硝酸被还原为NO₂，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，此时溶液应该无明显的颜色变化，反应的离子方程式为：Fe²⁺+2H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO₂+H₂O，
故答案为：向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制FeSO₄溶液，振荡；Fe²⁺+2H⁺+NO₃^-=Fe³⁺+NO₂+H₂O．

点评 本题考查了Fe²⁺的还原性以及NO、NO₂与Fe²⁺的反应，Fe²⁺的还原性和Fe³⁺的性质一直是高频考点，应加强把握，综合性较强，题目难度中等．