Question

兩組同學(xué)對鐵及其化合物的性質(zhì)進(jìn)行探究．
（1）一組同學(xué)用圖1所示裝置對鐵與濃硫酸的反應(yīng)進(jìn)行實驗．已知：
2Fe+6H₂SO₄（濃）  Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．請你參與探究并回答相關(guān)問題．
①檢查裝置氣密性后，將過量的鐵屑和一定量的濃硫酸放入燒瓶，塞緊橡皮塞，開始計時．t₁時開始加熱，在鐵屑表面逐漸產(chǎn)生氣泡，當(dāng)有大量氣泡產(chǎn)生時，控制反應(yīng)溫度基本不變．甲同學(xué)將收集到的氣體體積與時間的關(guān)系粗略地表示為圖2．
在0～t₁時間段，鐵屑表面沒有氣泡生成，說明鐵在濃硫酸中發(fā)生了______；t₁～t₂時間段，反應(yīng)生成的氣體是______．
②t₂時，取少量反應(yīng)液，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈現(xiàn)血紅色．若再滴加過量新制氯水，卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去．同學(xué)們對紅色褪去的原因提出各自的假設(shè)．乙同學(xué)的假設(shè)是：溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)．你的另一種假設(shè)是______；為了驗證你的假設(shè)，請設(shè)計一種簡便的實驗方案______．
（2）另一組同學(xué)對鐵和稀硝酸的反應(yīng)進(jìn)行探究．他們用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進(jìn)行實驗，若HNO₃只被還原成NO，且反應(yīng)結(jié)束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，則的取值范圍是______；若反應(yīng)結(jié)束后的溶液中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=2：1，則的值為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據(jù)濃硫酸的強(qiáng)氧化性結(jié)合圖象中各時間段的變化解答；
②FeCl₃溶液中滴入KSCN溶液，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，溶液呈紅色，若再滴加過量新制氯水，卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去，可能溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)，也可能溶液中的SCN^-被過量的氯水氧化；
（2）根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)目相等來回答，若HNO₃只被還原成NO，1個氮原子從+5價變?yōu)?2價得3個電子，1個鐵變?yōu)?3價失去3個電子或變?yōu)?2價失去2個電子；
解答：解：（1）①在0～t₁時間段，鐵屑表面沒有氣泡生成，是因為金屬鐵被濃硫酸氧化，表面生成一層致密的氧化膜，這種氧化膜不溶于濃硫酸，是金屬鐵的鈍化現(xiàn)象；t₁～t₂時間段，發(fā)生反應(yīng)2Fe+6H₂SO₄（濃）  Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，反應(yīng)生成的氣體是SO₂，
故答案為：鈍化；SO₂；
②t₂時，取少量反應(yīng)液，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈現(xiàn)血紅色．發(fā)生反應(yīng)：Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃．若再滴加過量新制氯水，卻發(fā)現(xiàn)紅色褪去，從反應(yīng)物的角度考慮，有兩種可能，可能是溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)，沒有Fe³⁺，溶液不變紅色，也可能是溶液中的SCN^-被氧化，由于沒有SCN^-，溶液不變紅色，如果是溶液中的SCN^-被氧化，可再加SCN^-，如果是溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態(tài)，可再加FeCl₃溶液，
故答案為：溶液中的SCN^-被氧化；向褪色后的溶液中加入FeCl₃溶液，若不恢復(fù)紅色，則我的假設(shè)成立（或：向褪色后的溶液中加入KSCN溶液，若恢復(fù)紅色，則我的假設(shè)成立）；
（2）用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進(jìn)行實驗，若HNO₃只被還原成NO，且反應(yīng)結(jié)束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，F(xiàn)e和HNO₃均無剩余，若金屬鐵全轉(zhuǎn)化為亞鐵，鐵失電子的量為2amol，硝酸顯示酸性和氧化性，根據(jù)
3Fe+8HNO₃ =3Fe（NO₃）₂ +2NO↑+4H₂O
3        8
a mol   b mol   ＜，
若金屬鐵全轉(zhuǎn)化為三價鐵，鐵失電子的量為3amol，硝酸顯示酸性和氧化性，根據(jù)
Fe+4HNO₃ =Fe（NO₃）₃ +NO↑+2H₂O
1       4
a mol   b mol   ＞     則的取值范圍是 ＜＜；若反應(yīng)結(jié)束后的溶液中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=2：1，則生成a molFe²⁺，失去電子amol，同時生成硝酸亞鐵須amol硝酸根離子； 生成amolFe³⁺，失去電子2amol，同時生成硝酸鐵須2amol硝酸根離子；總共失去amol電子，HNO₃只被還原成NO，1個氮原子從+5價變?yōu)?2價得3個電子，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)目相等，需被還原的硝酸的物質(zhì)的量為：amol，總共須的硝酸根離子為amo+2amol=amol，所以需硝酸總的物質(zhì)的量為：amol+amol=amol，用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進(jìn)行實驗，且反應(yīng)結(jié)束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，說明硝酸全部反應(yīng)，則=，
故答案為：＜＜，；；
點評：本題綜合性強(qiáng)，主要考查了三價鐵離子的檢驗，解題需正確獲取題干信息并能靈活運用所學(xué)化學(xué)知識，進(jìn)行分析問題、解決問題．