Question

19．某学生欲通过实验方法验证Fe²⁺的性质．
（1）该同学在实验前，依据Fe²⁺的还原性，填写了下表．

实验操作	预期现象	反应的离子方程式
向盛有新制FeSO4溶液的试管中滴入数滴浓硝酸，振荡	试管中产生红棕色气体，溶液颜色逐渐变黄	Fe2++NO${\;}_{3}^{-}$+2H+=Fe3++NO2↑+H2O

依照表中操作，该同学进行实验．观察到液面上方气体逐渐变为红棕色，但试管中溶液颜色却变为深棕色．
为了进一步探究溶液变成深棕色的原因，该同学进行如下实验．
（2）向原新制FeSO₄溶液和反应后溶液中均加入KSCN溶液，前者不变红色，后者（加了数滴浓硝酸的FeSO₄溶液）变红．该现象的结论是Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺．
（3）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，尾气处理装置略）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，更换丙、丁后（溶质不变），使甲中反应继续，观察到的现象与步骤ⅰ中相同．
①铜与足量浓硝酸反应的化学方程式是Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO）₃+2NO₂↑+2H₂O；
②装置乙的作用是使NO₂转化为NO；
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溶液的深棕色是由NO或NO₂与Fe²⁺作用得到（或不是由NO或NO₂与Fe³⁺作用得到）．
（4）该同学重新进行（1）中实验，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．

Answer 1

分析 （1）氧化还原反应中，化合价升高的元素具有还原性，根据离子方程式Fe²⁺+NO₃^-+2H⁺=Fe³⁺+NO₂+H₂O可知，Fe²⁺显示还原性；
（2）Fe³⁺遇KSCN溶液显血红色；
（3）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，据此写出化学方程式；
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；
（4）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）亚铁离子与浓硝酸发生氧化还原反应，亚铁离子被氧化为铁离子，溶液变为黄色，同时硝酸被还原为二氧化氮，离子方程式为Fe²⁺+NO₃^-+2H⁺=Fe³⁺+NO₂+H₂O中，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，化合价升高，显示还原性，
故答案为：还原；
（2）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：Fe²⁺被硝酸氧化为Fe³⁺；
（3）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化学方程式为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+2H₂O，
故答案为：Cu+4HNO₃（浓）=Cu（NO₃）₂+NO₂↑+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：使NO₂转化为NO；
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⁺作用得到（或不是由NO或NO₂与Fe³⁺作用得到）
故答案为：溶液的深棕色是由NO或NO₂与Fe²⁺作用得到（或不是由NO或NO₂与Fe³⁺作用得到）；
（4）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，
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．

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．