Question

Fe、Cu都是人類最早使用的金屬，某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)運用實驗的手段研究Fe、Cu以及化合物的相關(guān)性質(zhì)．請你參與研究并回答下列問題_：
（1）甲同學(xué)取兩束細(xì)銅絲用砂紙打磨后在酒精燈上灼燒至紅熱，再分別迅速伸入盛滿O₂或Cl₂的兩個集氣瓶中．其中能看到燃燒現(xiàn)象的集氣瓶中所裝氣體是

Cl₂

．
（2）乙同學(xué)為驗證Fe在冷的濃HNO₃中發(fā)生鈍化，但能和熱的濃HNO₃反應(yīng)，設(shè)計了如圖所示的實驗，請你指出其中的兩處主要錯誤：①

兩只試管中的液體均超過試管容積的

1

3

；②

加熱液體的試管應(yīng)與桌面成45°角向上傾斜

糾正上述錯誤后，如將裝置2中的鐵片改成一段一端為螺旋狀的鐵絲，呈螺旋狀的一端深人硝酸中，另一端伸出橡皮塞外，這種改進(jìn)的優(yōu)點是

既能控制反應(yīng)的進(jìn)行又能減少氮氧化物的排放

．
（3）丙同學(xué)將乙同學(xué)的Fe和濃HNO₃反應(yīng)后的溶液冷卻，再將溶液倒人燒杯中并加入一塊Cu片，發(fā)現(xiàn)Cu片逐漸溶解．
①丙同學(xué)依據(jù)反應(yīng)中某一現(xiàn)象得出了乙同學(xué)實驗后HNO₃過量的正確結(jié)論，他依據(jù)的反應(yīng)現(xiàn)象是

試管上部出現(xiàn)紅棕色氣體

．
②丙同學(xué)認(rèn)為銅片溶解可能還有另一化學(xué)反應(yīng)的存在原因，該反應(yīng)的離子方程式是

2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺

（4）丁同學(xué)取0.05molOi與足量濃HNO₃反應(yīng)，采用了正確的試驗方法，但收集產(chǎn)生的氣體不足0.1mol，最有可能的原因是（用化學(xué)方程式表示）

2NO₂?N₂O₄

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)銅及氧氣、氯氣的性質(zhì)分析；
（2）根據(jù)實驗時，取用液體的體積及加熱液體的注意事項分析；根據(jù)實驗是否容易控制及反應(yīng)產(chǎn)物量的多少分析；
（3）①根據(jù)二氧化氮的性質(zhì)分析，二氧化氮能和水反應(yīng)生成硝酸，當(dāng)溶液中硝酸過量時，二氧化氮會剩余，氣體呈紅棕色；
②硝酸過量時，鐵和硝酸反應(yīng)生成三價鐵，根據(jù)三價鐵的性質(zhì)分析；
（4）二氧化氮能發(fā)生可逆反應(yīng)生成四氧化二氮，據(jù)此分析；

解答：解：（1）銅在氧氣中不燃燒，在氯氣中能燃燒產(chǎn)生棕黃色煙，故選氯氣．
（2）加熱液體時，試管內(nèi)的液體不能超過試管的三分之一，超過三分之一時，加熱過程中容易產(chǎn)生暴沸，造成安全事故；加熱液體的試管應(yīng)與桌面成45°角向上傾斜，不能豎直向上；改進(jìn)后的銅絲容易抽拉，即容易控制反應(yīng)的進(jìn)行，從而減少氮氧化物的排放；
故答案為：兩只試管中的液體均超過試管容積的

1

3

；加熱液體的試管應(yīng)與桌面成45°角向上傾斜；既能控制反應(yīng)的進(jìn)行又能減少氮氧化物的排放．
（3）①二氧化氮能和水反應(yīng)生成硝酸和一氧化氮，當(dāng)溶液中硝酸過量時，抑制二氧化氮的溶解，所以可看到氣體呈紅棕色；
故答案為：試管上部出現(xiàn)紅棕色氣體．
②硝酸過量時，鐵和硝酸反應(yīng)生成三價鐵，三價鐵和銅能反應(yīng)生成二價鐵離子和銅離子，從而使銅片溶解，發(fā)生反應(yīng)為
2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺．
故答案為：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺．
（4）二氧化氮能發(fā)生可逆反應(yīng)生成四氧化二氮，2NO₂?N₂O₄，從而使收集的氣體小于0.1mol．
故答案為：2NO₂?N₂O₄

點評：本題考查了常見金屬銅和鐵的化學(xué)性質(zhì)，難度不大，寫三價鐵離子和銅反應(yīng)的離子方程式時要注意電荷守恒．