Question

【題目】某小組同學(xué)為比較酸性條件下NO3－、SO42－、Fe3+的氧化性強弱，設(shè)計如下實驗（夾持儀器已略去，裝置的氣密性已檢驗）。

實驗記錄如下：

	實驗操作	實驗現(xiàn)象
I	打開活塞c，將過量稀HNO3加入裝置B中，關(guān)閉活塞c	B中淺綠色溶液立即變?yōu)樯钭厣�；一段時間后，溶液最終變?yōu)辄S色。
II	用注射器取出少量B裝置中的溶液，加入KSCN溶液	溶液變?yōu)榧t色。
III	打開活塞b，向A裝置中加入足量硫酸，關(guān)閉活塞b	A中產(chǎn)生氣體；B中有氣泡，液面上有少量紅棕色氣體生成。
IV	一段時間后，用注射器取出少量B裝置中的溶液，……	……
V	打開活塞a，通入一段時間空氣	————

請回答下列問題：

（1）保存Fe(NO3)2溶液時，常加入鐵粉，目的是（用化學(xué)方程式表示）________。

（2）實驗I中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是________。

（3）資料表明，Fe2+能與NO結(jié)合形成深棕色物質(zhì)[Fe(NO)]2+： Fe2++ NO[Fe(NO)]2+

用平衡移動原理解釋實驗I中溶液由深棕色變?yōu)辄S色的原因是________________________。

（4）分析實驗現(xiàn)象，同學(xué)們得出了結(jié)論。則：

① 實驗IV的后續(xù)操作是________________，觀察到的現(xiàn)象是________________。

② 由實驗得出的結(jié)論是_______________________。

（5）實驗反思

① 實驗操作V的目的是_______________________________________。

② 實驗操作III，開始時B中溶液的顏色并無明顯變化，此時溶液中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是________。

③ 有同學(xué)認(rèn)為裝置中的空氣會干擾實驗結(jié)論的得出，應(yīng)在實驗前通一段時間的氮氣。你是否同意該看法，理由是________________________________________。

Answer 1

【答案】（1）2Fe(NO3)3+ Fe = 3Fe(NO3)2

（2）3Fe2++ NO3－+ 4H+= 3Fe3++ NO↑+ 2H2O

（3）Fe2+被稀硝酸氧化為Fe3+，使溶液中c(Fe2+)逐漸下降（同時NO的逐漸逸出，也使溶液中c(NO)逐漸下降），平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，顯示出Fe3+的黃色。

（4）① 加入K3[Fe(CN)6]溶液 生成藍(lán)色沉淀

② 氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－

（5）① 將裝置中的SO2、NO、NO2等氣體排進NaOH溶液中吸收，防止污染大氣

② 3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO+ 4H+

③ 不同意，

a.實驗I中溶液變棕色，有NO生成，說明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；

b.實驗IV中溶液中檢出Fe2+，說明二氧化硫還原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－；

與裝置中是否有氧氣無關(guān)。

【解析】

硝酸和Fe(NO3)2溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Fe2+被氧化為Fe3+，硝酸被還原為NO，生成的NO和還沒反應(yīng)的Fe2+迅速反應(yīng)生成深棕色物質(zhì)[Fe(NO)]2+，隨著Fe2+不斷被氧化，其濃度逐漸降低，使平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，顯示出Fe3+的黃色。加入KSCN溶液，顯紅色。在硝酸和Fe(NO3)2的反應(yīng)中，硝酸作氧化劑，Fe3+是氧化產(chǎn)物，所以硝酸的氧化性強于Fe3+。裝置A產(chǎn)生的SO2進入B中，和B中的Fe3+發(fā)生反應(yīng)：SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，Fe3+作氧化劑，SO42-是氧化產(chǎn)物，所以Fe3+的氧化性強于SO42-，從而可以得出酸性條件下NO3－、SO42－、Fe3+的氧化性強弱。

（1）加入鐵粉的目的是為了防止亞鐵離子被氧化。化學(xué)方程式為：2Fe(NO3)3+ Fe = 3Fe(NO3)2；

（2）實驗I中，Fe2+被稀硝酸氧化為Fe3+，離子方程式為：3Fe2++ NO3－+ 4H+= 3Fe3++ NO↑+ 2H2O；

（3）硝酸和Fe(NO3)2溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Fe2+被氧化為Fe3+，硝酸被還原為NO，生成的NO和還沒反應(yīng)的Fe2+迅速反應(yīng)生成深棕色物質(zhì)[Fe(NO)]2+，隨著Fe2+不斷被氧化（同時NO的逐漸逸出，也使溶液中c(NO)逐漸下降），其濃度逐漸降低，使平衡Fe2++ NO[Fe(NO)]2+左移，溶液棕色褪去，顯示出Fe3+的黃色；

（4）實驗IV是檢驗B中反應(yīng)后的溶液中是否存在Fe2+，若存在Fe2+，則證明SO2和Fe3+發(fā)生了反應(yīng)SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+，說明Fe3+的氧化性強于SO42-，結(jié)合實驗Ⅰ和Ⅱ，可以得出氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－的結(jié)論。所以實驗Ⅳ的后續(xù)實驗操作是加入K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍(lán)色沉淀。故答案為：加入K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍(lán)色沉淀，氧化性：NO3－﹥Fe3+﹥SO42－；

（5）繼續(xù)通入空氣是為了將裝置中的SO2、NO、NO2等氣體排進NaOH溶液中吸收，防止污染大氣。由于實驗操作Ⅰ加入了過量的硝酸，所以實驗操作III開始時通入的SO2和B中的硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成NO和SO42-，溶液的顏色并無明顯變化，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO+ 4H+。裝置中是否有氧氣，對實驗結(jié)論的得出沒有影響。因為實驗I中溶液變棕色，有NO生成，說明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；實驗IV中溶液中檢出Fe2+，說明二氧化硫還原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－，與裝置中是否有氧氣無關(guān)。故答案為：①將裝置中的SO2、NO、NO2等氣體排進NaOH溶液中吸收，防止污染大氣。②3SO2+ 2NO3－+ 2H2O = 3SO42－+ 2NO↑+ 4H+。③ 不同意。a.實驗I中溶液變棕色，有NO生成，說明硝酸氧化Fe2+：氧化性NO3－﹥Fe3+；b.實驗IV中溶液中檢出Fe2+，說明二氧化硫還原了Fe3+：氧化性Fe3+﹥SO42－；與裝置中是否有氧氣無關(guān)。