Question

某同学用图示装置进行铁与稀硝酸反应的实验并进行相关的实验探究。（共计13分）

实验步骤：

a．向广口瓶内注入足量热NaOH溶液，将盛有一定质量的

纯铁粉的小烧杯放入瓶中。

b．关闭止水夹，点燃红磷，伸入瓶中，塞好橡胶塞。

c．待红磷充分燃烧，一段时间后打开分液漏斗旋塞，向小

烧杯中滴入一定量的4mol/L的稀硝酸，铁粉完全溶解。

（一）气体产物成分探究

（1）实验前如何检查该装置的气密性？

（2）燃烧红磷的目的是

（3）为证明气体产物为NO，步骤c后还缺少的一步主要操作是             。

（二）产物中铁元素价态探究

（1）提出合理假设

假设1：产物中只有+2价铁元素；假设2：                 ；

假设3：产物中既有+2价铁元素，又有+3价铁元素.

（2）设计实验方案，证明假设1成立（写出实验操作步骤、现象和结论）：             。

（三）问题讨论

（1）广口瓶中热NaOH溶液的主要作用是                 。

（2）若假设3成立，且所得溶液中n（Fe²⁺）︰n（Fe³⁺）=3︰1时，则相应反应的离子方程式为                。

Answer

（一）（1）关闭止水夹，通过分液漏斗向广口瓶中加水，一段时间后，观察分液漏斗中水是否停止向下滴，若水停止下滴，说明装置气密性好

（2）除去广口瓶中的氧气，避免干扰气体产物的检验

（3）打开止水夹，向广口瓶内通入少量空气（或氧气）

（二）（1）产物中只有+3价铁元素 （2）取小烧杯中反应后溶液少许，放入试管中，滴加KSCN溶液，溶液不显红色，再向其中滴加少量的H2O2溶液，溶液显红色，则证明假设1成立

（三）（1）实验结束后，在通入足量空气（或氧气）的条件下，将广口瓶中氮的氧化物完全吸收，以防止空气污染 （2）4Fe + 12H＋ + 3NO3－ === 3 Fe2＋+ Fe3＋ ＋3NO + 6H2O

【解析】

试题分析：（一）（1）关闭止水夹后，反应容器密闭，利用气体的压强差可检验装置的气密性，则操作方法为：关闭止水夹，通过分液漏斗向广口瓶中加水，一段时间后，观察分液漏斗中水是否停止向下滴，若水停止下滴，说明装置气密性好。

（2）实验装置中含有O2，为了避免O2的干扰，所以燃烧红磷的目的是：除去广口瓶中的氧气，避免干扰气体产物的检验。

（3）NO是无色气体，NO与O2反应生成的NO2为红棕色气体，所以步骤c后还缺少的一步主要操作是：打开止水夹，向广口瓶内通入少量空气（或氧气）。

（二）（1）对比假设1和假设3可知假设2为：产物中只有+3价铁元素。

（2）若假设1成立，产物中只有+2价铁元素，可用KSCN溶液和H2O2溶液检验，实验方案为：取小烧杯中反应后溶液少许，放入试管中，滴加KSCN溶液，溶液不显红色，再向其中滴加少量的H2O2溶液，溶液显红色，则证明假设1成立。

（三）（1）因为实验生成NO，为有毒气体，所以广口瓶中热NaOH溶液的主要作用是：实验结束后，在通入足量空气（或氧气）的条件下，将广口瓶中氮的氧化物完全吸收，以防止空气污染。

（2）所得溶液中n（Fe2+）︰n（Fe3+）=3︰1，生成的Fe2+与Fe3+系数之比为3:1，利用化合价的变化配平可得离子方程式：4Fe + 12H＋ + 3NO3－ === 3 Fe2＋+ Fe3＋ ＋3NO + 6H2O。

考点：本题考查探究实验方案的设计与评价、离子方程式的书写。