Question

兩組同學對鐵及其化合物的性質進行探究．
（1）一組同學用圖1所示裝置對鐵與濃硫酸的反應進行實驗．已知：
2Fe+6H₂SO₄（濃）  Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O．請你參與探究并回答相關問題．
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，在鐵屑表面逐漸產生氣泡，當有大量氣泡產生時，控制反應溫度基本不變．甲同學將收集到的氣體體積與時間的關系粗略地表示為圖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生了______；t₁～t₂時間段，反應生成的氣體是______．
②t₂時，取少量反應液，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈現血紅色．若再滴加過量新制氯水，卻發現紅色褪去．同學們對紅色褪去的原因提出各自的假設．乙同學的假設是：溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態．你的另一種假設是______；為了驗證你的假設，請設計一種簡便的實驗方案______．
（2）另一組同學對鐵和稀硝酸的反應進行探究．他們用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進行實驗，若HNO₃只被還原成NO，且反應結束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，則的取值范圍是______；若反應結束后的溶液中n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=2：1，則的值為______．

Answer 1

【答案】分析：（1）①根據濃硫酸的強氧化性結合圖象中各時間段的變化解答；
②FeCl₃溶液中滴入KSCN溶液，發生絡合反應，溶液呈紅色，若再滴加過量新制氯水，卻發現紅色褪去，可能溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態，也可能溶液中的SCN^-被過量的氯水氧化；
（2）根據氧化還原反應中得失電子數目相等來回答，若HNO₃只被還原成NO，1個氮原子從+5價變為+2價得3個電子，1個鐵變為+3價失去3個電子或變為+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，是金屬鐵的鈍化現象；t₁～t₂時間段，發生反應2Fe+6H₂SO₄（濃）  Fe₂（SO₄）₃+3SO₂↑+6H₂O，反應生成的氣體是SO₂，
故答案為：鈍化；SO₂；
②t₂時，取少量反應液，先滴加少量新制飽和氯水，然后滴加KSCN溶液，呈現血紅色．發生反應：Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃．若再滴加過量新制氯水，卻發現紅色褪去，從反應物的角度考慮，有兩種可能，可能是溶液中的+3價鐵被氧化為更高的價態，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，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，若不恢復紅色，則我的假設成立（或：向褪色后的溶液中加入KSCN溶液，若恢復紅色，則我的假設成立）；
（2）用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進行實驗，若HNO₃只被還原成NO，且反應結束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，Fe和HNO₃均無剩余，若金屬鐵全轉化為亞鐵，鐵失電子的量為2amol，硝酸顯示酸性和氧化性，根據
3Fe+8HNO₃ =3Fe（NO₃）₂ +2NO↑+4H₂O
3        8
a mol   b mol   ＜，
若金屬鐵全轉化為三價鐵，鐵失電子的量為3amol，硝酸顯示酸性和氧化性，根據
Fe+4HNO₃ =Fe（NO₃）₃ +NO↑+2H₂O
1       4
a mol   b mol   ＞     則的取值范圍是 ＜＜；若反應結束后的溶液中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價變為+2價得3個電子，根據氧化還原反應中得失電子數目相等，需被還原的硝酸的物質的量為：amol，總共須的硝酸根離子為amo+2amol=amol，所以需硝酸總的物質的量為：amol+amol=amol，用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進行實驗，且反應結束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，說明硝酸全部反應，則=，
故答案為：＜＜，；；
點評：本題綜合性強，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化學知識，進行分析問題、解決問題．