Question

3．某課外小組探究鈉、鋁、鐵、銅單質(zhì)還原性強(qiáng)弱及其相關(guān)化學(xué)性質(zhì)，做了如表實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1	常溫時(shí)取四種金屬少量分別放入裝有蒸餾水的試管中
實(shí)驗(yàn)2	再取少量鋁、鐵、銅分別放入裝有稀硫酸的試管中

（1）實(shí)驗(yàn)1中能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑．
（2）實(shí)驗(yàn)2中能夠判斷出鋁、鐵、銅還原性強(qiáng)弱的現(xiàn)象是鋁、鐵均產(chǎn)生氣泡且鋁稍快些，銅不產(chǎn)生氣泡．
結(jié)論：由實(shí)驗(yàn)1、2得出四種金屬的還原性強(qiáng)弱順序?yàn)镹a＞Al＞Fe＞Cu；請(qǐng)從原子結(jié)構(gòu)角度解釋鈉的還原性強(qiáng)于鋁Na、Al同屬于第三周期Na原子半徑大于Al．
（3）為確認(rèn)實(shí)驗(yàn)2反應(yīng)后溶液中的金屬陽(yáng)離子，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：
①取Al反應(yīng)后的溶液逐滴加入過(guò)量的NaOH溶液
②一段時(shí)間后，取Fe反應(yīng)后的溶液，檢驗(yàn)Fe²⁺方法正確的是bc．
a．滴加KSCN溶液，無(wú)明顯變化，再加入少量氯水，溶液變紅
b．滴加K₃[Fe（CN）₆]溶液，有藍(lán)色沉淀產(chǎn)生
c．滴加NaOH溶液，產(chǎn)生的白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色
（4）在實(shí)驗(yàn)2中，鋁、鐵反應(yīng)現(xiàn)象的差異并不是很明顯，有同學(xué)建議再設(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這兩種金屬的還原性關(guān)系，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種實(shí)驗(yàn)方案將鋁條插入硫酸亞鐵溶液溶液中，溶液顏色變淺，鋁條變粗．
（5）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還有同學(xué)為了驗(yàn)證鐵與銅的還原性，用鐵、銅、導(dǎo)線、燒杯、氯化鐵溶液設(shè)計(jì)了原電池裝置．
①畫出原電池的裝置圖．
②該電池的正極反應(yīng)為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

Answer 1

分析 （1）鈉、鋁、鐵、銅單質(zhì)中，鈉的化學(xué)性質(zhì)最活潑，常溫下鈉、鋁、鐵、銅單質(zhì)少量分別放入裝有蒸餾水的試管中，只有鈉和水反應(yīng)；
（2）常溫下與冷水反應(yīng)的金屬比不能與冷水反應(yīng)的金屬活潑，根據(jù)金屬活動(dòng)性順序的意義進(jìn)行分析，在金屬活動(dòng)性順序中，氫前的金屬能與酸反應(yīng)生成氫氣，金屬越活潑，反應(yīng)生成氫氣的速率越快；鈉的原子半徑比鋁大，易失去電子；
（3）Fe³⁺遇SCN^-顯紅色，F(xiàn)e²⁺遇K₃[Fe（CN）₆]溶液產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，氫氧化亞鐵白色沉淀在空氣中能迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色氫氧化鐵；
（4）在金屬活動(dòng)性順序中，位置在前的金屬能將位于其后的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái)，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這兩種金屬的還原性關(guān)系；
（5）原電池中活潑金屬作負(fù)極，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，驗(yàn)證鐵與銅的還原性，鐵易失電子作負(fù)極、銅作正極，電解質(zhì)為可溶性的鐵鹽，正極上鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）鈉、鋁、鐵、銅單質(zhì)中，鈉的化學(xué)性質(zhì)最活潑，常溫下鋁、鐵、銅單質(zhì)和水不反應(yīng)，只有鈉和水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，反應(yīng)為：2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑，
故答案為：2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH^-+H₂↑；
（2）鋁、鐵在金屬活動(dòng)性順序中，位于氫的前面，實(shí)驗(yàn)2取少量鋁、鐵、銅分別放入裝有稀硫酸的試管中，鋁、鐵均產(chǎn)生氣泡，金屬越活潑，反應(yīng)生成氫氣的速率越快，鋁產(chǎn)生氣泡稍快些，常溫下與冷水反應(yīng)的金屬比不能與冷水反應(yīng)的金屬活潑，由實(shí)驗(yàn)1得出金屬的還原性強(qiáng)弱順序?yàn)椋衡c＞鋁、鐵、銅，由實(shí)驗(yàn)1、2得出四種金屬的還原性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篘a＞Al＞Fe＞Cu，鈉、鋁位于周期表相同周期，原子核外電子層數(shù)相同，與鋁相比，鈉原子半徑更大，失去電子能力更強(qiáng)，
故答案為：鋁、鐵均產(chǎn)生氣泡且鋁稍快些，銅不產(chǎn)生氣泡；Na＞Al＞Fe＞Cu；Na、Al同屬于第三周期Na原子半徑大于Al；
（3）②實(shí)驗(yàn)2反應(yīng)后溶液中的金屬陽(yáng)離子有亞鐵離子、鋁離子，一段時(shí)間后，取Fe反應(yīng)后的溶液，亞鐵離子可能被氧化．
a．檢驗(yàn)三價(jià)鐵離子用硫氰化鉀溶液，溶液變紅色，證明有三價(jià)鐵離子，滴加KSCN溶液，無(wú)明顯變化，再加入少量氯水，溶液變紅，證明有三價(jià)鐵離子，不能說(shuō)明有亞鐵離子，故a錯(cuò)誤；
b．檢驗(yàn)二價(jià)鐵離子用K₃[Fe（CN）₆]溶液，F(xiàn)e²⁺遇K₃[Fe（CN）₆]溶液產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說(shuō)明有二價(jià)鐵離子，故b正確；
c．滴加NaOH溶液，產(chǎn)生的白色沉淀迅速變成灰綠色，最終變成紅褐色，說(shuō)明有二價(jià)鐵離子，故c正確；
故答案為：bc；
（4）在金屬活動(dòng)性順序中，位置在前的金屬能將位于其后的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái)．所以，鋁能與硫酸亞鐵反應(yīng)生成硫酸鋁和鐵，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這兩種金屬的還原性關(guān)系可為：將鋁條插入硫酸亞鐵溶液溶液中，溶液顏色變淺，鋁條變粗，
故答案為：將鋁條插入硫酸亞鐵溶液溶液中，溶液顏色變淺，鋁條變粗；
（5）①驗(yàn)證鐵與銅的還原性，鐵易失電子作負(fù)極、銅作正極，電解質(zhì)為可溶性的鐵鹽，設(shè)計(jì)的原電池的裝置圖如圖：，
故答案為：；
②負(fù)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe²⁺，正極上鐵離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺，
故答案為：2Fe³⁺+2e^-=2Fe²⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氧化還原反應(yīng)的強(qiáng)弱比較，原電池的原理應(yīng)用，電極反應(yīng)、離子反應(yīng)來(lái)比較金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)等知識(shí)，明確金屬的活潑性強(qiáng)弱判斷方法、原電池原理、知道原電池設(shè)計(jì)方法是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．