Question

17．某同學(xué)看到“利用零價(jià)鐵還原NO₃^-脫除地下水中硝酸鹽”的相關(guān)資料后，利用如下裝置探究鐵粉與KNO₃溶液的反應(yīng)．實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象如下：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
1．打開彈簧夾，緩慢通入N2
2．加入pH為2.5的0.01mol/L酸性KNO3溶液100mL	鐵粉部分溶解，溶液呈淺綠色； 鐵粉不再溶解后，剩余鐵粉表面出現(xiàn)少量白色物質(zhì)附著．
3．反應(yīng)停止后，拔掉橡膠塞，將圓底燒瓶取下	燒瓶內(nèi)氣體的顏色沒有發(fā)生變化．
4將剩余固體過濾	表面的白色物質(zhì)變?yōu)榧t褐色．

（1）通入N₂并保持后續(xù)反應(yīng)均在N₂氛圍中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠乐箍諝庵械腛₂對(duì)Fe和NO₃^-反應(yīng)的干擾，避免影響反應(yīng)產(chǎn)物的判斷．
（2）白色物質(zhì)是Fe（OH）₂，用化學(xué)方程式解釋其變?yōu)榧t褐色的原因：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃．
（3）為了探宄濾液的成分，該同學(xué)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了下述實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
1．取部分濾液于試管中，向其中加入KSCN溶液	溶液液無變化
2．將上述溶液分為兩份，一份中滴入氯氣；另一份中滴加稀硫酸	兩份溶液均變?yōu)榧t色
3．另取部分濾液于試管中，向其中加入濃NaOH溶液并加熱，在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙．	有氣體生成，該氣體使紅色石蕊試紙變藍(lán)．

（i）根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以判斷濾液中存在NH₄⁺、Fe²⁺、NO₃^-離子．
（ii）步驟2中滴加稀硫酸后溶液會(huì)由淺綠色變成紅色，請(qǐng)用離子方程式解釋其原因3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）空氣中氧氣會(huì)影響Fe與硝酸根離子的反應(yīng)；
（2）鐵粉部分溶解，溶液逐漸變?yōu)闇\綠色，說明有Fe²⁺生成，酸性減弱Fe²⁺水解得到Fe（OH）₂，氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，顏色變?yōu)榧t褐色；
（3）取部分濾液于試管中，向其中加入KSCN溶液，溶液液無變化說明無鐵離子，將上述溶液分為兩份，一份中滴入氯氣；另一份中滴加稀硫酸，兩份溶液均變?yōu)榧t色說明反應(yīng)生成了鐵離子，氯氣具有氧化性能氧化亞鐵離子生成鐵離子，加入硫酸后溶液中硝酸根離子具有氧化性也能氧化亞鐵離子，證明含硝酸根離子和亞鐵離子，另取部分濾液于試管中，向其中加入濃NaOH溶液并加熱，在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙，有氣體生成，該氣體使紅色石蕊試紙變藍(lán)，證明原溶液中含銨根離子，溶液中存在亞鐵離子、硝酸根離子、銨根離子，亞鐵離子含有還原性，硝酸根再酸性條件下具有氧化性，亞鐵離子被氧化為鐵離子；

解答 解：（1）用氮?dú)馀疟M裝置中空氣，避免空氣中氧氣對(duì)Fe與NO₃^-離子反應(yīng)的干擾，
故答案為：防止空氣中的O₂對(duì)Fe和NO₃^-反應(yīng)的干擾，避免影響反應(yīng)產(chǎn)物的判斷；
（2）鐵粉部分溶解，溶液逐漸變?yōu)闇\綠色，說明有Fe²⁺生成，待鐵粉不再溶解，靜置后發(fā)現(xiàn)，剩余固體表面有少量白色物，酸性減弱Fe²⁺水解得到Fe（OH）₂，白色物質(zhì)為氫氧化亞鐵，被氧化為氫氧化鐵，顏色變?yōu)榧t褐色，反應(yīng)方程式為：4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃，
故答案為：Fe（OH）₂；4Fe（OH）₂+O₂+2H₂O=4Fe（OH）₃；
（3）（i）取部分濾液于試管中，向其中加入KSCN溶液，溶液液無變化說明無鐵離子，將上述溶液分為兩份，一份中滴入氯氣；另一份中滴加稀硫酸，兩份溶液均變?yōu)榧t色說明反應(yīng)生成了鐵離子，氯氣具有氧化性能氧化亞鐵離子生成鐵離子，加入硫酸后溶液中硝酸根離子具有氧化性也能氧化亞鐵離子，證明含硝酸根離子和亞鐵離子，另取部分濾液于試管中，向其中加入濃NaOH溶液并加熱，在試管口放置濕潤的紅色石蕊試紙，有氣體生成，該氣體使紅色石蕊試紙變藍(lán)，證明原溶液中含銨根離子，溶液中一定存在NH₄⁺、Fe²⁺、NO₃^-離子，
故答案為：NH₄⁺、Fe²⁺、NO₃^-；
（ii）溶液中存在NH₄⁺、Fe²⁺、NO₃^-離子，加入硫酸，發(fā)生反應(yīng)：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O，生成的Fe³⁺和SCN^-反應(yīng)使溶液呈紅色，
故答案為：3Fe²⁺+NO₃^-+4H⁺=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O；

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究實(shí)驗(yàn)方案問題，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)、分析解決問題的能力，注意對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握，題目難度中等．