Question

19．Fe、Cu都是人類(lèi)較早使用的金屬，某�；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的手段研究Fe、Cu以及化合物的相關(guān)性質(zhì)．請(qǐng)你參與研究并回答下列問(wèn)題：
（1）甲同學(xué)取一束細(xì)銅絲用砂紙打磨后在酒精燈上加熱至紅熱，再伸到Cl₂的集氣瓶中．你認(rèn)為甲同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該觀察到的現(xiàn)象是Cu能在Cl₂中燃燒，產(chǎn)生棕黃色的煙．
（2）乙同學(xué)為驗(yàn)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(jì)了如圖1、2所示的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你指出其中的兩處錯(cuò)誤：兩只試管中的液體均超過(guò)試管容積的$\frac{1}{3}$、加熱液體的試管不與桌面成45°角向上傾斜；；糾正上述錯(cuò)誤后，請(qǐng)你從綠色化學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)圖2裝置提出改進(jìn)建議，使裝置既能控制反應(yīng)的進(jìn)行，又能減少氮氧化物的排放：將裝置2中的鐵片改成一段為螺旋狀的鐵絲，螺旋狀的一端深入硝酸中，另一端伸出橡膠塞．
（3）丙同學(xué)在Fe和濃HNO₃反應(yīng)后的溶液中加入一塊Cu片，Cu片逐漸溶解，反應(yīng)一段時(shí)間后不再溶解（Cu有剩余）．
①丙同學(xué)依據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象得出Cu片溶解的原因是和HNO₃發(fā)生反應(yīng)．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丁同學(xué)認(rèn)為丙同學(xué)的結(jié)論不完全正確．他的理由是Fe和硝酸反應(yīng)后的溶液中可能有HNO₃，但也一定有Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺也能和Cu反應(yīng)而使Cu片溶解．
（4）請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明在加入Cu片并反應(yīng)完全后的溶液中含有Fe²⁺但不含有Fe³⁺．說(shuō)明具體的操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象取適量反應(yīng)后的溶液放入試管中，加入KSCN溶液無(wú)明顯現(xiàn)象，再加入少量氯水，溶液變紅則證明溶液中含有Fe²⁺但不含F(xiàn)e³⁺．

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(shí)驗(yàn)時(shí)，取用液體的體積及加熱液體的注意事項(xiàng)分析；根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(guò)量時(shí)，二氧化氮會(huì)剩余，氣體呈紅棕色；
②硝酸過(guò)量時(shí)，鐵和硝酸反應(yīng)生成三價(jià)鐵，根據(jù)三價(jià)鐵的性質(zhì)分析；
（4）先根據(jù)Fe³⁺的特征反應(yīng)，加入硫氰酸鉀溶液判斷溶液不含F(xiàn)e³⁺，然后加入氧化劑，如果含有Fe²⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化劑氧化成Fe³⁺溶液變成紅色，以此證明Fe²⁺的存在．

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，
故答案為：Cu能在Cl₂中燃燒，產(chǎn)生棕黃色的煙；
（2）加熱液體時(shí)，試管內(nèi)的液體超過(guò)試管的三分之一，超過(guò)三分之一時(shí)，加熱過(guò)程中容易產(chǎn)生暴沸，造成安全事故；加熱液體的試管不與桌面成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，將裝置2中的鐵片改成一段為螺旋狀的鐵絲，螺旋狀的一端深入硝酸中，另一端伸出橡膠塞，既能控制反應(yīng)的進(jìn)行又能減少氮氧化物的排放；
故答案為：兩只試管中的液體均超過(guò)試管容積的$\frac{1}{3}$；加熱液體的試管不與桌面成45°角向上傾斜；將裝置2中的鐵片改成一段為螺旋狀的鐵絲，螺旋狀的一端深入硝酸中，另一端伸出橡膠塞；
（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(guò)量時(shí)，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(guò)量時(shí)，鐵和硝酸反應(yīng)生成三價(jià)鐵，三價(jià)鐵和銅能反應(yīng)生成二價(jià)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：Fe和硝酸反應(yīng)后的溶液中可能有HNO₃，但也一定有Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺也能和Cu反應(yīng)而使Cu片溶解；
（4）取適量反應(yīng)后的溶液放入試管中，加入KSCN溶液無(wú)明顯現(xiàn)象，再加入少量氯水，溶液變紅則證明溶液中含有Fe²⁺但不含F(xiàn)e³⁺，
故答案為：取適量反應(yīng)后的溶液放入試管中，加入KSCN溶液無(wú)明顯現(xiàn)象，再加入少量氯水，溶液變紅則證明溶液中含有Fe²⁺但不含F(xiàn)e³⁺．
故答案為：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了常見(jiàn)金屬銅和鐵的化學(xué)性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)基本操作，難度不大，寫(xiě)三價(jià)鐵離子和銅反應(yīng)的離子方程式時(shí)要注意電荷守恒，離子檢驗(yàn)時(shí)注意氧化劑、KSCN溶液的順序不能顛倒．