Question

【題目】向硝酸酸化的2 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液（pH＝2）中加入過量鐵粉，振蕩后靜置，溶液先呈淺綠色，后逐漸呈棕黃色，試管底部仍存在黑色固體，過程中無氣體生成。實驗小組同學針對該實驗現象進行了如下探究。

Ⅰ.探究Fe2＋產生的原因。

（1）提出猜想：Fe2＋可能是Fe與________或________反應的產物。（均填化學式）

（2）實驗探究：在兩支試管中分別加入與上述實驗等量的鐵粉，再加入不同的液體試劑，5 min后取上層清液，分別加入相同體積和濃度的鐵氰化鉀溶液。

	液體試劑	加入鐵氰化
鉀溶液
1號試管	2 mL 0.1 mol·L－1
AgNO3溶液	無藍色沉淀
2號試管	硝酸酸化的2 mL 0.1 mol·L－1______溶液(pH＝2)	藍色沉淀

①2號試管中所用的試劑為_________。

②資料顯示：該溫度下，0.1 mol·L－1 AgNO3溶液可以將Fe氧化為Fe2＋。但1號試管中未觀察到藍色沉淀的原因可能為_______。

③小組同學繼續進行實驗，證明了由2號試管得出的結論正確。實驗如下：取100 mL 0.1 mol·L－1硝酸酸化的AgNO3溶液（pH＝2），加入鐵粉并攪拌，分別插入pH傳感器和NO傳感器（傳感器可檢測離子濃度），得到圖甲、圖乙，其中pH傳感器測得的圖示為________（填“圖甲”或“圖乙”）。

④實驗測得2號試管中有NH4+生成，則2號試管中發生反應的離子方程式為__________。

Ⅱ.探究Fe3＋產生的原因。

查閱資料可知，反應中溶液逐漸變棕黃色是因為Fe2＋被Ag＋氧化了。小組同學設計了不同的實驗方案對此進行驗證。

（3）方案一：取出少量黑色固體，洗滌后，______（填操作和現象），證明黑色固體中有Ag。

（4）方案二：按下圖連接裝置，一段時間后取出左側燒杯中的溶液，加入KSCN溶液，溶液變紅。該實驗現象________（填“能”或“不能”）證明Fe2＋可被Ag＋氧化，理由為________。

Answer 1

【答案】HNO3 AgNO3 NaNO3 該反應速率很小（或該反應的活化能較大） 圖乙 4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O 加入足量稀硝酸并加熱將固體全部溶解，再向所得溶液中加入稀鹽酸，產生白色沉淀（或加入足量稀鹽酸，有黑色固體剩余）（答案合理均可） 不能 Fe2＋可能被HNO3氧化或被氧氣氧化（答案合理均可）

【解析】

Ⅰ.（1）向硝酸酸化的AgNO3溶液（pH＝2）中加入過量的鐵粉，過量的鐵粉可與硝酸反應生成亞鐵離子，也可與AgNO3溶液反應生成Fe2＋，Fe＋2AgNO3=Fe(NO3)2＋2Ag，因此溶液中的Fe2＋可能是Fe與HNO3或AgNO3反應的產物，故答案為：HNO3；AgNO3；

（2）①探究Fe2＋的產生原因時，2號試管作為1號試管的對比實驗，要排除Ag＋的影響，可選用等濃度、等體積且pH相同的不含Ag＋的NaNO3溶液進行對比實驗，故答案為：NaNO3；

②AgNO3可將Fe氧化為Fe2＋，但1號試管中未觀察到藍色沉淀，說明AgNO3溶液和Fe反應的速率較慢，生成的Fe2＋濃度較小，故答案為：該反應速率很小（或該反應的活化能較大）；

③由2號試管得出的結論正確，說明Fe2＋是Fe與HNO3反應的產物，隨著反應的進行，HNO3溶液的濃度逐漸減小，溶液的pH逐漸增大，則圖乙為pH傳感器測得的圖示，故答案為：圖乙；

④實驗測得2號試管中有NH生成，說明Fe與HNO3反應時，Fe將HNO3還原為NH，根據氧化還原反應的原理可寫出反應的離子方程式為4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O，故答案為：4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O；

Ⅱ.（3）Ag＋氧化Fe2＋時發生反應Ag＋＋Fe2＋=Ag↓＋Fe3＋，而黑色固體中一定含有過量的鐵，所以可加入足量HCl或H2SO4溶液溶解Fe，若有黑色固體剩余，則證明黑色固體中有Ag；或向黑色固體中加入足量稀硝酸加熱溶解后再加入稀鹽酸，若產生白色沉淀，則證明黑色固體中有Ag，故答案為：加入足量稀硝酸并加熱將固體全部溶解，再向所得溶液中加入稀鹽酸，產生白色沉淀（或加入足量稀鹽酸，有黑色固體剩余）（答案合理均可）

（4）取左側燒杯中的溶液，加入KSCN溶液后，溶液變紅，只能證明有Fe3＋生成，不能證明Fe2＋可被Ag＋氧化，因為Fe（NO3）2溶液呈酸性，酸性條件下NO可將Fe2＋氧化為Fe3＋，且Fe（NO3）2溶液直接與空氣接觸，Fe2＋也可被空氣中的氧氣氧化為Fe3＋；故答案為：不能；Fe2＋可能被HNO3氧化或被氧氣氧化（答案合理均可）。