Question

【題目】某小組在驗證反應“Fe+2Ag+=Fe2++2Ag”的實驗中檢測到Fe3+，發現和探究過程如下。

向硝酸酸化的0.05mol·L-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

（1）檢驗產物

①取出少量黑色固體，洗滌后，__（填操作和現象），證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K3Fe(CN)6溶液，產生藍色沉淀，說明溶液中含有__。

（2）針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3+，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+，乙依據的原理是__（用離子方程式表示）。針對兩種觀點繼續實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發現有白色沉淀產生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：

序號	取樣時間/min	現象
ⅰ	3	產生大量白色沉淀；溶液呈紅色
ⅱ	30	產生白色沉淀；較3min時量少；溶液紅色較3min時加深
ⅲ	120	產生白色沉淀；較30min時量少；溶液紅色較30min時變淺

（資料：Ag+與SCN-生成白色沉淀AgSCN）

②對Fe3+產生的原因作出如下假設：

假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產生Fe3+；

假設b：空氣中存在O2，由于__（用離子方程式表示），可產生Fe3+；

假設c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可產生Fe3+；

假設d：根據__現象，判斷溶液中存在Ag+，可產生Fe3+。

③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗Ⅰ：向硝酸酸化的__溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3min時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。

實驗Ⅱ：裝置如圖。其中甲溶液是__，操作及現象是__。

（3）根據實驗現象，結合方程式推測實驗ⅰ~ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：__。

Answer 1

【答案】加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產生白色沉淀 Fe2+ Fe+2Fe3+=3Fe2+ 4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 加入KSCN溶液后產生白色沉淀 0.05mol·L-1NaNO3溶液 FeSO4溶液（或FeCl2溶液） 分別取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深 溶液中存在反應：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反應開始時，c(Ag+)大，以反應①、②為主，c(Fe3+)增大。約30分鐘后，c(Ag+)小，以反應③為主，c(Fe3+)減小

【解析】

（1）①取出少量黑色固體，洗滌后，加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產生白色沉淀，證明黑色固體中含有Ag。故答案為：加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產生白色沉淀；

②由操作和現象可知為Fe2＋的檢驗，加入鐵氰化鉀溶液有藍色沉淀生成，說明溶液中有Fe2＋，故答案為：Fe2＋；

（2）乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3＋，因鐵粉過量時會與Fe3＋發生反應，方程式為2Fe3＋+Fe=3Fe2＋，故答案為：2Fe3＋+Fe=3Fe2＋；

②假設b：當空氣中的O2存在時，Fe2＋會與之發生4Fe2＋+O2+4H＋═4Fe3＋+2H2O，可能產生Fe3＋；

假設d：當溶液中存在Ag＋時，Ag＋與SCN－會發生反應Ag＋+SCN－═AgSCN↓，故溶液產生白色沉淀，若隨時間變長，白色沉淀減少，紅色加深，說明溶液中有Fe3＋。

故答案為：4Fe2＋+O2+4H＋═4Fe3＋+2H2O；加入KSCN溶液后產生白色沉淀；

③下列實驗Ⅰ可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗Ⅰ：證明假設a、b、c錯誤，就是排除Ag＋對實驗的干擾，相當于沒有Ag＋存在的空白實驗，考慮其他條件不要變化，可以選用0.05mol·L-1NaNO3溶液。

實驗Ⅱ：原電池實驗需要證明的是假設d的反應Ag＋+Fe2＋=Ag+Fe3＋能夠實現，所以甲池應當注入FeCl2(或者FesO4溶液)。假設d成立，則上述原電池中能夠產生電流，左側溶液中生成的Fe3+遇到KSCN時紅色會更深。其中甲溶液是FeSO4溶液（或FeCl2溶液），操作及現象是分別取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深。

故答案為：0.05mol·L-1NaNO3溶液；FeSO4溶液（或FeCl2溶液）；分別取電池工作前與工作一段時間后左側燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深；

（3）由于加入過量鐵粉，溶液中存在反應有①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，反應生成的Fe2+能夠被Ag+氧化發生反應②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，生成的Fe與過量鐵粉發生反應③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反應開始時，c(Ag+)大，以反應①、②為主，c(Fe3+)增大。約30分鐘后，c(Ag+)小，以反應③為主，c(Fe3+)減小。

故答案為：溶液中存在反應：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反應開始時，c(Ag+)大，以反應①、②為主，c(Fe3+)增大。約30分鐘后，c(Ag+)小，以反應③為主，c(Fe3+)減小。