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?yōu)樗{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(shù)（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(jiān)測溶液pH的變化，實驗記錄如下．

實驗內(nèi)容	實驗現(xiàn)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(xiàn)象，pH沒有明顯變化．

①據(jù)實驗現(xiàn)象寫出發(fā)生反應的離子方程式：

 

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②導致實驗過程中溶液pH略有上升的可能原因是

 

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③解釋乙同學的實驗現(xiàn)象

 

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（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：

 

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Answer 1

考點：性質(zhì)實驗方案的設計,鐵及其化合物的性質(zhì)實驗

專題：實驗設計題

分析：（1）稀硝酸和Cu反應生成硝酸銅、NO和水；
（2）鐵離子水解呈酸性，如驗證乙同學的看法是否正確，可測定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸鈉溶液中滴加鹽酸，與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同，加入銅觀察是否反應；
（3）甲同學的實驗方案中溶液逐漸變成藍綠色，pH略有上升，說明鐵離子氧化銅，注意比較離子水解的程度；乙同學的實驗方案無明顯現(xiàn)象，pH沒有明顯變化，說明不反應；
（4）如證明鐵離子氧化銅，可排除硝酸根離子的影響，應用其它可溶性鐵鹽．

解答： 解：（1）稀硝酸和Cu反應生成硝酸銅、NO和水，反應的方程式為3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，故答案為：3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
（2）鐵離子水解呈酸性，如驗證乙同學的看法是否正確，可測定0.5mol/L Fe（NO₃）₃溶液的pH，然后在硝酸鈉溶液中滴加鹽酸，與硝酸鐵溶液PH相同、硝酸根離子濃度相同，做法是測定硝酸鐵溶液的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，
故答案為：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）①甲同學的實驗方案中溶液逐漸變成藍綠色，pH略有上升，說明鐵離子氧化銅，反應的離子方程式為Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺，故答案為：Cu+2Fe³⁺=Cu²⁺+2Fe²⁺；
②因Fe³⁺ 變?yōu)镃u²⁺和Fe²⁺，水解能力下降，導致實驗過程中溶液pH略有上升，故答案為：Fe³⁺ 變?yōu)镃u²⁺和Fe²⁺，水解能力下降；
③乙同學的實驗方案無明顯現(xiàn)象，pH沒有明顯變化，說明不反應，故答案為：在此酸性條件下NO₃^-不能氧化Cu；
（4）如證明鐵離子氧化銅，可排除硝酸根離子的影響，應用其它可溶性鐵鹽，如0.5mol/L氯化鐵溶液，故答案為：將銅片放入0.5mol/L氯化鐵溶液中．

點評：本題以硝酸鐵的性質(zhì)探究為載體考查物質(zhì)的性質(zhì)實驗，為高考常見題型，側重學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握實驗的嚴密性和實驗原理的評價，難度不大．