Question

8．Fe、Cu都是人類較早使用的金屬，某�；瘜W研究性學習小組的同學運用實驗的手段研究Fe、Cu以及化合物的相關性質．請你參與研究并回答下列問題：

（1）甲同學完成了Fe、Cu分別與S、Cl₂反應的實驗，下列物質中不可能為甲同學實驗得到的生成物是B
A．FeCl₃ B．FeCl₂ C．CuCl₂ D．FeS
（2）乙同學為驗證Fe能和熱的濃HNO₃反應，設計了如上圖所示的實驗裝置，請說出裝置B的作用：緩沖作用、防倒吸作用．開始加熱前無（填“有”或“無”）明顯現(xiàn)象．
（3）當乙同學實驗結束時，鐵完全溶解，試管液面上方為無色氣體，試管上部為紅棕色氣體，此時丙同學用所得的溶液進行如下實驗和探究：
①在所得的溶液中加入一小塊Cu片，結果Cu片先逐漸溶解，并伴隨其他現(xiàn)象，反應一段時間后不再溶解．丙同學依據(jù)反應現(xiàn)象得出Cu片溶解的原因可能是和過量的HNO₃發(fā)生反應．他依據(jù)的反應現(xiàn)象是生成無色氣體、試管上部出現(xiàn)紅棕色氣體；該反應的離子方程式為3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O．你認為Cu片溶解是否還有另一原因，若有請用化學方程式表示其理由：2Fe（NO₃）₃+Cu=Cu（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₂（若無此空不填）
②請你設計實驗證明在加入Cu片并反應完全后的溶液中含有Fe²⁺但不含有Fe³⁺．說明具體的操作和實驗現(xiàn)象取該溶液少許，滴加適量的KSCN溶液，不出現(xiàn)紅色，再滴加適量新制氯水，出現(xiàn)紅色．
③丙同學實驗結束后加水稀釋后得到溶液500mL，假設實驗全過程硝酸只被還原成NO和NO₂共0.02mol并測得溶液中Fe²⁺和Cu²⁺濃度均為0.02mol/L，則NO₃^-的物質的量濃度為0.08mol/L．生成NO氣體的體積為0.224L（標準狀況）．
（4）本次探究實驗用掉密度為1.5g•cm^-3質量分數(shù)為95%的濃硝酸3mL，超出實際參加反應的量其原因有（寫出兩點）：①濃硝酸易揮發(fā)部分硝酸揮發(fā)②硝酸受熱分解．

Answer 1

分析 （1）Fe與Cl₂反應生成FeCl₃，Cu與Cl₂反應生成CuCl₂，F(xiàn)e與S反應生成FeS；
（2）Fe能和熱的濃HNO₃反應生成二氧化氮，二氧化氮能和水反應，若A與C直接連接，C中液體能倒吸到A中，所以裝置B具有緩沖作用、防倒吸作用，開始加熱前無明顯現(xiàn)象；
（3）①根據(jù)二氧化氮的性質分析，二氧化氮能和水反應生成硝酸，當溶液中硝酸過量時，二氧化氮會剩余，氣體呈紅棕色；硝酸過量時，鐵和硝酸反應生成三價鐵，根據(jù)三價鐵的性質分析；
②先根據(jù)Fe³⁺的特征反應，加入硫氰酸鉀溶液判斷溶液不含F(xiàn)e³⁺，然后加入氧化劑，如果含有Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化劑氧化成Fe³⁺溶液變成紅色，以此證明Fe²⁺的存在；
③根據(jù)N原子守恒可知，溶液中NO₃^-的物質的量n（NO₃^-）=2n（Fe²⁺）+2n（Cu²⁺），硝酸只被還原成NO和NO₂共0.02mol，根據(jù)得失電子守恒計算生成NO的物質的量；
（4）濃硝酸易揮發(fā)、易分解．

解答 解：（1）氯氣具有強氧化性，與鐵、銅等金屬反應時生成高價金屬氯化物，例如FeCl₃、CuCl₂，而硫的氧化性較差，只能得到FeS、Cu₂S，故選B；
（2）鐵在常溫下與濃硫酸鈍化，無明顯現(xiàn)象；加熱后，硝酸可被鐵還原，得到NO₂或NO氣體，氣體被堿液吸收，為防止倒吸，采用了B裝置來做安全瓶，故答案為：緩沖作用、防倒吸作用；無；
（3）①二氧化氮能和水反應生成硝酸和一氧化氮，當溶液中硝酸過量時，抑制二氧化氮的溶解，所以Cu片溶解的原因可能是和過量的HNO₃發(fā)生反應，可看到生成無色氣體，試管上部出現(xiàn)紅棕色氣體，該反應的離子方程式為3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，硝酸過量時，鐵和硝酸反應生成三價鐵，三價鐵和銅能反應生成二價鐵離子和銅離子，從而使銅片溶解，發(fā)生反應為2Fe（NO₃）₃+Cu=Cu（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₂，
故答案為：生成無色氣體、試管上部出現(xiàn)紅棕色氣體；3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O；2Fe（NO₃）₃+Cu=Cu（NO₃）₂+2Fe（NO₃）₂；
②取適量反應后的溶液放入試管中，加入KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，再加入少量氯水，溶液變紅則證明溶液中含有Fe²⁺但不含F(xiàn)e³⁺，
故答案為：取該溶液少許，滴加適量的KSCN溶液，不出現(xiàn)紅色，再滴加適量新制氯水，出現(xiàn)紅色；
③由溶質Fe（NO₃）₂及Cu（NO₃）₂的化學式可看出，兩者所對應的c（NO₃^-）均為0.04mol/L，故溶液中c（NO₃^-）均為0.08mol/L，
設NO與NO₂的物質的量分別為x、y，則x+y=0.02；
鐵銅單質均轉化為+2價的金屬離子，失電子總數(shù)為0.04mol，故由電子的得失守恒得3x+y=0.04
解得x=y=0.01mol，故在標準狀況下NO的體積為0.224升，
故答案為：0.08；0.224；
（4）實際消耗硝酸的物質的量為$\frac{3×1.5×95%}{63}$=0.68mol，而由氮元素的守恒可知，理論上消耗的硝酸為0.02+0.02+0.02=0.06mol，導致兩數(shù)據(jù)有差別的原因可能是：①濃硝酸易揮發(fā)②硝酸受熱分解，
故答案為：①濃硝酸易揮發(fā)部分硝酸揮發(fā)；②硝酸受熱分解．

點評 本題考查物質性質實驗方案設計，為高頻考點，涉及Cu和Fe及硝酸的性質、實驗基本操作、氧化還原反應的計算，側重考查分析計算能力，知道常見離子檢驗方法，注意化學用語的正確運用，題目難度中等．