Question

某校化學興趣小組為了探究粗鐵粒（含有少量金屬銅雜質）與某濃度硝酸反應，設計了如下探究活動：
探究一
（1）將粗鐵粒投入某濃度硝酸中，某同學觀察該實驗現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，反應進行一段時間后，反應開始逐漸加快。請分析反應逐漸加快的可能原因①_____________②_____________。
（2）另稱取粗鐵粒10 g放入某濃度硝酸中，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y。為了探究溶液X中鐵元素的價態(tài)，甲同學設計如下實驗：
有藥品和儀器：0.1mol/L KSCN溶液、0.1mol/L KI溶液、0.2mol/L酸性高錳酸鉀溶液、氯水等，試管和滴管。
請你設計簡單實驗，探究上述猜想是否正確，填寫下列實驗報告：

實驗步驟	現(xiàn)象	結論	離子方程式
第一步	取2～3 mL溶液裝于試管，向試管中加入幾滴KSCN溶液。
第二步		若溶液紫色褪去，則溶液含有Fe2+；若無明顯變化，則不含F(xiàn)e3+。

探究二
為了探究氣體Y的成分，同學乙設計了如下裝置（不考慮NO₂轉化為N₂O₄）

（3）裝置乙的作用：                               。
（4）裝置丙收集滿氣體后，通過氣泡鼓入空氣后，有紅棕色氣體生成，能否確定氣體Y中含NO？說明理由__________                         __。
（5）同學丁為了探究氣體Y的組成，在標準狀況下將224mL氣體Y通入足量的NaOH溶液中，氣體被完全吸收，所得溶液再用0.1500mol/L酸性KMnO₄溶液滴定，消耗20.00mLKMnO₄溶液。則氣體Y中NO、NO₂的體積比為           。（已知2NO₂+2NaOH＝NaNO₃+NaNO₂+H₂O和NO₂+NO+2NaOH＝2NaNO₂+H₂O）

Answer 1

（1）①反應放熱，一段時間后溶液溫度升高，反應速率加快；
②由于鐵中含雜質銅，反應時形成Fe-Cu 微型原電池，加快反應速率
（2）

步驟	操作	現(xiàn)象與結論	可能的離子方程式
第1步		若溶液變紅色，則溶液含有Fe3+；若無現(xiàn)象，則不含F(xiàn)e3+	Fe3++3SCN－=Fe(SCN)3
第2步	另取少量溶液裝于試管，向試管里滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液		5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

（3）驗證NO₂的存在并除去NO₂
（4）不能確定，由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO。
（5）1∶3

解析試題分析：（1）①將粗鐵粒投入某濃度硝酸中，發(fā)現(xiàn)反應進行一段時間后，反應開始逐漸加快，可從2個方面答：其一是溫度原因，其二是形成原電池，故答案為：反應放熱，一段時間后溶液溫度升高，反應速率加快；②由于鐵中含雜質銅，反應時形成Fe-Cu微型原電池，加快反應速率；
（2）可以選擇硫氰酸鉀來檢驗三價鐵離子，存在三價鐵離子時，溶液變紅色，亞鐵離子具有還原性，可以被高錳酸鉀氧化為三價鐵離子，導致高錳酸鉀褪色，故答案為：

步驟	操作	現(xiàn)象與結論	可能的離子方程式
第1步		若溶液變紅色，則溶液含有Fe3+；若無現(xiàn)象，則不含F(xiàn)e3+	Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3
第2步	另取少量溶液裝于試管，向試管里滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液		5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

 
（3）裝置乙中NO₂與Na₂S溶液反應，可看作是先生成硝酸，硝酸在與Na₂S溶液反應生成S沉淀，故可驗證NO₂的存在并除去NO₂，故答案為：驗證NO₂的存在并除去NO₂；
（4）由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO，可以在乙和丙裝置間加一個檢驗NO₂是否除盡裝置，故答案為：不能確定，由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO；
（5）由5NO₂^-～2 MnO₄^-，故2n（NO₂^-）=7.5×10^-3 mol，設NO、NO₂的物質的量分別為x、y mol，則有：x+y=10×10^-3 mol，2x+1/2（y-x）=7.5×10^-3，解得：x=2.5×10^-3 mol，y=7.5×10^-3 mol，氣體Y中NO、NO₂的體積比為1：3，故答案為：1：3。
考點：探究化學反應機理及物質組成