Question

17．为证明Fe³⁺具有较强的氧化性，甲同学做了如下实验：将Cu片放入Fe（NO₃）₃溶液中，观察到Cu片逐渐溶解，溶液由黄色变为蓝绿色，由此甲同学得到Fe³⁺具有较强氧化性的结论．
乙同学提出了不同的看法：“Fe（NO₃）₃溶液具有酸性，在此酸性条件下NO₃^-也能氧化Cu”，并设计实验进行探究．
已知：

水解反应	平衡常数（K）
Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+	7.9×10-4
Fe2++2H2O?Fe（OH）2+2H+	3.2×10-10
Cu2++2H2O?Cu（OH）2+2H+	3.2×10-7

请回答：
（1）稀硝酸和Cu反应的化学方程式为3Cu+8HNO₃═3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
（2）请利用所提供的试剂，帮助乙同学完成实验方案设计．
试剂：0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液、Cu片、精密pH试纸（0.5～5.0）、稀硝酸
方案：测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应．
（3）丙同学分别实施了甲、乙两位同学的实验方案，并在实验过程中用pH计监测溶液pH的变化，实验记录如下．

实验内容	实验现象
甲同学的实验方案	溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升
乙同学的实验方案	无明显现象，pH没有明显变化．

①根据实验现象写出发生反应的离子方程式：Cu+2Fe³⁺═Cu²⁺+2Fe²⁺．
②导致实验过程中溶液pH略有上升的可能原因是Fe³⁺变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降．
（4）请你设计更简便可行的实验方案，帮助甲同学达到实验目的：将铜片放入氯化铁溶液中．

Answer 1

分析 （1）稀硝酸和Cu反应生成硝酸铜、NO和水；
（2）铁离子水解呈酸性，如验证乙同学的看法是否正确，可测定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸钠溶液中滴加盐酸，与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同，加入铜观察是否反应；
（3）甲同学的实验方案中溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升，说明铁离子氧化铜，注意比较离子水解的程度；乙同学的实验方案无明显现象，pH没有明显变化，说明不反应；
（4）如证明铁离子氧化铜，可排除硝酸根离子的影响，应用其它可溶性铁盐．

解答 解：（1）稀硝酸和Cu反应生成硝酸铜、NO和水，反应的方程式为3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
故答案为：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）铁离子水解呈酸性，如验证乙同学的看法是否正确，可测定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸钠溶液中滴加盐酸，与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同，做法是测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应，
故答案为：测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应；
（3）①甲同学的实验方案中溶液逐渐变成蓝绿色，pH略有上升，说明铁离子氧化铜，反应的离子方程式为Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，
故答案为：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
②因Fe³⁺ 变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降，导致实验过程中溶液pH略有上升，
故答案为：Fe³⁺ 变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降；
③乙同学的实验方案无明显现象，pH没有明显变化，说明不反应，
故答案为：在此酸性条件下NO₃^-不能氧化Cu；
（4）如证明铁离子氧化铜，可排除硝酸根离子的影响，应用其它可溶性铁盐，如0.5mol/L氯化铁溶液，
故答案为：将铜片放入0.5mol/L氯化铁溶液中．

点评 本题以硝酸铁的性质探究为载体考查物质的性质实验，为高考常见题型，侧重学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握实验的严密性和实验原理的评价，题目难度中等．