Question

（16分）Fe、Cu都是人類較早使用的金屬，某校化學研究性學習小組的同學運用實驗的手段研究Fe、Cu以及化合物的相關性質。請你參與研究并回答下列問題：
（1）甲同學完成了Fe、Cu分別與S、Cl₂反應的實驗，下列物質中不可能為甲同學實驗得到的生成物是       

A．FeCl3

B．FeCl2

C．CuCl2

D．FeS

（2）乙同學為驗證Fe能和熱的濃HNO₃反應，設計了如上圖所示的實驗裝置，請說出裝置B的作用：                              。開始加熱前        （填“有”或“無”）明顯現象。
（3）當乙同學實驗結束時，鐵完全溶解，試管液面上方為無色氣體，試管上部為紅棕色氣體，此時丙同學用所得的溶液進行如下實驗和探究：
①在所得的溶液中加入一小塊Cu片，結果Cu片先逐漸溶解，并伴隨其他現象，反應一段時間后不再溶解。丙同學依據反應現象得出Cu片溶解的原因可能是和過量的HNO₃發生反應。他依據的反應現象是                                                        ；該反應的離子方程式為                              。你認為Cu片溶解是否還有另一原因，若有請用化學方程式表示其理由：                                （若無此空不填）
②請你設計實驗證明在加入Cu片并反應完全后的溶液中含有Fe^2＋但不含有Fe^3＋。說明具體的操作和實驗現象                                                          。
③丙同學實驗結束后加水稀釋后得到溶液500mL，假設實驗全過程硝酸只被還原成NO和NO₂共0.02 mol并測得溶液中Fe^2＋和Cu²⁺濃度均為0.02 mol/L，則NO₃^-的物質的量濃度為   
mol/L。生成NO氣體的體積為 _________________L（標準狀況）。
（4）本次探究實驗用掉密度為1.5g·cm^-3質量分數為95%的濃硝酸3mL，超出實際參加反應的量其原因有（寫出兩點）：①                          ②                   

Answer 1

（3）①生成無色氣體；試管上部出現紅棕色氣體（1分）； 
3Cu+2NO₃^-+8 H⁺="3Cu" ²⁺+2NO↑+4 H₂O (2分)；
2Fe(NO₃)₃+Cu=Cu(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₂（2分）。
②取該溶液少許，滴加適量的KSCN溶液，不出現紅色，再滴加適量新制氯水，出現紅色
③0.08  0.224
(4)①濃硝酸易揮發，部分硝酸揮發 ②硝酸受熱分解

考查鐵銅與硝酸的反應
（1）由于氯氣的氧化性強，與鐵銅反應生成的均為高價氯化物，而硫的氧化性相對較弱，與鐵銅只能生成低價硫化物，故答案為B
（2）由于硝酸的強氧化性，鐵在冷的濃硝酸中鈍化，故不加熱時無反應，也無現象
加熱時可能發生反應：Fe＋6HNO₃(濃)=Fe(NO₃)₃＋3NO₂↑＋3H₂O
Fe＋4HNO₃(稀)=Fe(NO₃)₃＋NO↑＋2H₂O
2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋
由于NO與NO₂可被堿液吸收，故為防止倒吸，采用B裝置，起到安全瓶的作用
（3）①剩余的硝酸或生成的Fe(NO₃)₃均可溶解銅
3Cu+2NO₃^-+8 H⁺="3Cu" ²⁺+2NO↑+4 H₂O (2分)；
2Fe(NO₃)₃+Cu=Cu(NO₃)₂+2Fe(NO₃)₂（2分）。
故可通過觀察是否有氣泡產生來判定是那種物質來氧化銅
②考查鐵離子的檢驗：一般采用加入KSCN溶液是否呈現血紅色來檢驗
③所得溶液為硝酸銅及硝酸亞鐵的混合溶液，它們的物質的量均為0.01mol，故NO₃^—的物質的量為0.04mol，其物質的量濃度為0.08mol/L；
設NO、NO₂的物質的量分別x、y，則x+y=0.02
由電子的得失守恒可知：3x+y=（0.01+0.01）×2（金屬鐵、銅的物質的量也均為0.01mol）
求得x=y=0.01mol，即兩氣體的體積在標準狀況下均為0.224L
（4）由氮原子的守恒可知硝酸的物質的量理論上為0.04+0.02=0.06mol，而實際消耗硝酸為：，可能由于硝酸為熱不穩定酸，易揮發，均可造成它的損耗