Question

15．某小組在驗證反應(yīng)“Fe+2Ag⁺=Fe²⁺+2Ag”的實驗中檢測到Fe³⁺，發(fā)現(xiàn)和探究過程如下．
向硝酸酸化的0.05mol•L^-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色．
（1）檢驗產(chǎn)物
①取少量黑色固體，洗滌后，加入足量加入足量稀鹽酸（或稀硫酸）酸化，固體未完全溶解（填操作和現(xiàn)象），證明黑色固體中含有Ag．
②取上層清液，滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，產(chǎn)生藍色沉淀，說明溶液中含有Fe²⁺．
（2）針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe³⁺，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe³⁺，乙依據(jù)的原理是Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺（用離子方程式表示）．針對兩種觀點繼續(xù)實驗：
①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測．同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如下：

序號	取樣時間/min	現(xiàn)象
ⅰ	3	產(chǎn)生大量白色沉淀；溶液呈紅色
ⅱ	30	產(chǎn)生白色沉淀；較3min時量少；溶液紅色較3min時加深
ⅲ	120	產(chǎn)生白色沉淀；較30min時量少；溶液紅色較3 0min時變淺

（資料：Ag⁺與SCN^-生成白色沉淀AgSCN）
②對Fe³⁺產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：
假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe³⁺；
假設(shè)b：空氣中存在O₂，由于4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O（用離子方程式表示），可產(chǎn)生Fe³⁺；
假設(shè)c：酸性溶液中NO₃^-具有氧化性，可產(chǎn)生Fe³⁺；
假設(shè)d：根據(jù)白色沉淀現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag⁺，可產(chǎn)生Fe³⁺．
③下列實驗Ⅰ可證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe³⁺的主要原因．實驗Ⅱ可證實假設(shè)d成立．
實驗Ⅰ：向硝酸酸化的NaNO₃溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3min時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色．
實驗Ⅱ：裝置如圖．其中甲溶液是FeCl₂/FeCl₃，操作及現(xiàn)象是按圖連接好裝置，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．

（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合方程式推測實驗ⅰ～ⅲ中Fe³⁺濃度變化的原因：i→ii Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺，反應(yīng)生成Fe³⁺的使Fe³⁺增加，紅色變深，ii→iii 空氣中氧氣氧化SCN^-，紅色變淺．

Answer 1

分析 （1）銀和鹽酸、稀硫酸等不反應(yīng)，可用K₃[Fe（CN）₃]檢驗亞鐵離子，生成藍色沉淀；
（2）過量的鐵與硝酸反應(yīng)生成亞鐵離子，亞鐵離子可被空氣中氧氣氧化，銀離子如氧化亞鐵離子，則發(fā)生Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺，如反應(yīng)能發(fā)生，可設(shè)計成原電池，負極加入FeCl₂/FeCl₃，正極為硝酸銀，可根據(jù)電流計是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)判斷；
（3）取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，可證明溶液中有Fe³⁺，生成白色沉淀為AgSCN，隨著放置時間的增加，溶液紅色變淺，可能為空氣中氧氣氧化SCN^-，以此解答該題．

解答 解：（1）①黑色固體中含有過量鐵，如果同時含有銀，則可以加入HCl或H₂SO₄溶解Fe，而銀不能溶解，
故答案為：加入足量加入足量稀鹽酸（或稀硫酸）酸化，固體未完全溶解；
②K₃[Fe（CN）₃]是檢驗Fe²⁺的試劑，所以產(chǎn)生藍色沉淀說明含有Fe²⁺，
故答案為：Fe²⁺；
（2）過量鐵粉與Fe³⁺反應(yīng)生成Fe²⁺，即Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，
故答案為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
②O₂氧化Fe²⁺反應(yīng)為4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O，白色沉淀是AgSCN，所以實驗可以說明含有Ag⁺，Ag⁺可能氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，
故答案為：4Fe²⁺+O₂+4H⁺=4Fe³⁺+2H₂O；白色沉淀；
③證明假設(shè)abc錯誤，就是排除Ag⁺時實驗比較，相當于沒有Ag⁺存在的空白實驗，考慮其他條件不要變化，可以選用NaNO₃，原電池實驗需要證明的是假設(shè)d的反應(yīng)Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺能夠?qū)崿F(xiàn)，所以甲池應(yīng)當注入FeCl₂、FeCl₃混合溶液，按圖連接好裝置，如電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，可說明d正確，
故答案為：NaNO₃；FeCl₂/FeCl₃；按圖連接好裝置，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；
（3）i→iii中Fe³⁺變化的原因：i→ii Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺，反應(yīng)生成Fe³⁺的使Fe³⁺濃度增加，ii→iii 溶液紅色較3 0min時變淺，說明空氣中氧氣氧化SCN^-，使平衡向生成Fe³⁺的方向移動，F(xiàn)e（SCN）₃濃度減小，則溶液的顏色變淺，
故答案為：i→ii Ag⁺+Fe²⁺=Ag+Fe³⁺，反應(yīng)生成Fe³⁺的使Fe³⁺增加，紅色變深，ii→iii 空氣中氧氣氧化SCN^-，紅色變淺．

點評 本題為2017年北京考題，涉及物質(zhì)的性質(zhì)的探究，側(cè)重于學生的分析能力和實驗?zāi)芰Φ目疾椋�注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實驗的嚴密性和可行性的評價，難度中等．