Question

為證明Fe³⁺具有較強的氧化性，甲同學做了如下實驗：將Cu片放入0.5mol/L Fe(NO₃)₃溶液中，觀察到Cu片逐漸溶解，溶液由黃色變為藍綠色，由此甲同學得到Fe³⁺具有較強氧化性的結論。
乙同學提出了不同的看法：“Fe(NO₃)₃溶液具有酸性，在此酸性條件下NO₃^-也能氧化Cu”，并設計實驗進行探究。已知：

水解反應	平衡常數（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

 
請回答：（1）稀硝酸和Cu反應的化學方程式為                                  。
（2）請利用所提供的試劑，幫助乙同學完成實驗方案設計。
試劑：0.5mol/L Fe(NO₃)₃溶液、Cu片、精密pH試紙（0.5～5.0）、硝酸鈉溶液、稀鹽酸。
方案：                                                  。
（3）丙同學分別實施了甲、乙兩位同學的實驗方案，并在實驗過程中用pH計監測溶液pH的變化，實驗記錄如下。

實驗內容	實驗現象
甲同學的實驗方案	溶液逐漸變成藍綠色， pH略有上升
乙同學的實驗方案	無明顯現象，pH沒有明顯變化。

 
①據實驗現象寫出發生反應的離子方程式：                                。
②導致實驗過程中溶液pH略有上升的可能原因是                          。
③解釋乙同學的實驗現象                                  。
（4）請你設計更簡便可行的實驗方案，幫助甲同學達到實驗目的：                    。

Answer 1

（1）3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O （2分）
（2）測定硝酸鐵溶液的pH，再用硝酸鈉溶液和稀鹽酸配制成與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同的溶液，將銅片加入到該溶液中，觀察二者是否反應。（3分）
（3）①Cu + 2Fe³⁺ = Cu²⁺ + 2Fe²⁺ （2分）
②Fe³⁺變為Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降（2分）
③在此酸性條件下NO₃^-不能氧化Cu。（2分）
（4）將銅片放入0.5mol/L氯化鐵溶液中（2分）

試題分析：（1）稀硝酸和Cu反應的化學方程式為3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
（2）乙同學認為Fe(NO₃)₃溶液具中的NO₃^-也能氧化Cu，據此設計對照實驗，配制pH與Fe(NO₃)₃溶液相同但只含NO₃^-不能氧化CuNO₃^-不含Fe³⁺的溶液即可，將銅放入該溶液中，觀察二者是否反應
（3）①根據丙同學的實驗證明甲同學的結論是正確的，發生的離子反應方程式為Cu + 2Fe³⁺ = Cu²⁺ + 2Fe²⁺②根據水解反應的平衡常數知Fe³⁺水解程度最大，溶液的pH略有上升，說明Fe³⁺變為Cu²⁺和Fe²⁺濃度減小，水解能力下降
③乙同學的實驗現象說明在Fe(NO₃)₃溶液的酸性條件下，NO₃^-不能氧化Cu
（4）甲同學的實驗中，NO₃^-造成干擾，將原溶液中的NO₃^-換成其他易溶鹽的酸根離子即可證明