Question

向硝酸酸化的2 mL 0.1 mol·L^－1 AgNO₃溶液（pH＝2）中加入过量铁粉，振荡后静置，溶液先呈浅绿色，后逐渐呈棕黄色，试管底部仍存在黑色固体，过程中无气体生成。实验小组同学针对该实验现象进行了如下探究。

Ⅰ.探究Fe^2＋产生的原因。

（1）提出猜想：Fe^2＋可能是Fe与________或________反应的产物。（均填化学式）

（2）实验探究：在两支试管中分别加入与上述实验等量的铁粉，再加入不同的液体试剂，5 min后取上层清液，分别加入相同体积和浓度的铁氰化钾溶液。

	液体试剂	加入铁氰化
钾溶液
1号试管	2 mL 0.1 mol·L^－^1
AgNO3溶液	无蓝色沉淀
2号试管	硝酸酸化的2 mL 0.1 mol·L^－^1______溶液(pH＝2)	蓝色沉淀

①2号试管中所用的试剂为_________。

②资料显示：该温度下，0.1 mol·L^－1 AgNO₃溶液可以将Fe氧化为Fe^2＋。但1号试管中未观察到蓝色沉淀的原因可能为_______。

③小组同学继续进行实验，证明了由2号试管得出的结论正确。实验如下：取100 mL 0.1 mol·L^－1硝酸酸化的AgNO₃溶液（pH＝2），加入铁粉并搅拌，分别插入pH传感器和NO传感器（传感器可检测离子浓度），得到图甲、图乙，其中pH传感器测得的图示为________（填“图甲”或“图乙”）。

④实验测得2号试管中有NH₄⁺生成，则2号试管中发生反应的离子方程式为__________。

Ⅱ.探究Fe^3＋产生的原因。

查阅资料可知，反应中溶液逐渐变棕黄色是因为Fe^2＋被Ag^＋氧化了。小组同学设计了不同的实验方案对此进行验证。

（3）方案一：取出少量黑色固体，洗涤后，______（填操作和现象），证明黑色固体中有Ag。

（4）方案二：按下图连接装置，一段时间后取出左侧烧杯中的溶液，加入KSCN溶液，溶液变红。该实验现象________（填“能”或“不能”）证明Fe^2＋可被Ag^＋氧化，理由为________。

Answer

HNO3 AgNO3 NaNO3 该反应速率很小（或该反应的活化能较大） 图乙 4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O 加入足量稀硝酸并加热将固体全部溶解，再向所得溶液中加入稀盐酸，产生白色沉淀（或加入足量稀盐酸，有黑色固体剩余）（答案合理均可） 不能 Fe2＋可能被HNO3氧化或被氧气氧化（答案合理均可）

【解析】

Ⅰ.（1）向硝酸酸化的AgNO3溶液（pH＝2）中加入过量的铁粉，过量的铁粉可与硝酸反应生成亚铁离子，也可与AgNO3溶液反应生成Fe2＋，Fe＋2AgNO3=Fe(NO3)2＋2Ag，因此溶液中的Fe2＋可能是Fe与HNO3或AgNO3反应的产物，故答案为：HNO3；AgNO3；

（2）①探究Fe2＋的产生原因时，2号试管作为1号试管的对比实验，要排除Ag＋的影响，可选用等浓度、等体积且pH相同的不含Ag＋的NaNO3溶液进行对比实验，故答案为：NaNO3；

②AgNO3可将Fe氧化为Fe2＋，但1号试管中未观察到蓝色沉淀，说明AgNO3溶液和Fe反应的速率较慢，生成的Fe2＋浓度较小，故答案为：该反应速率很小（或该反应的活化能较大）；

③由2号试管得出的结论正确，说明Fe2＋是Fe与HNO3反应的产物，随着反应的进行，HNO3溶液的浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，则图乙为pH传感器测得的图示，故答案为：图乙；

④实验测得2号试管中有NH生成，说明Fe与HNO3反应时，Fe将HNO3还原为NH，根据氧化还原反应的原理可写出反应的离子方程式为4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O，故答案为：4Fe＋10H＋＋NO3-=4Fe2＋＋NH4+＋3H2O；

Ⅱ.（3）Ag＋氧化Fe2＋时发生反应Ag＋＋Fe2＋=Ag↓＋Fe3＋，而黑色固体中一定含有过量的铁，所以可加入足量HCl或H2SO4溶液溶解Fe，若有黑色固体剩余，则证明黑色固体中有Ag；或向黑色固体中加入足量稀硝酸加热溶解后再加入稀盐酸，若产生白色沉淀，则证明黑色固体中有Ag，故答案为：加入足量稀硝酸并加热将固体全部溶解，再向所得溶液中加入稀盐酸，产生白色沉淀（或加入足量稀盐酸，有黑色固体剩余）（答案合理均可）

（4）取左侧烧杯中的溶液，加入KSCN溶液后，溶液变红，只能证明有Fe3＋生成，不能证明Fe2＋可被Ag＋氧化，因为Fe（NO3）2溶液呈酸性，酸性条件下NO可将Fe2＋氧化为Fe3＋，且Fe（NO3）2溶液直接与空气接触，Fe2＋也可被空气中的氧气氧化为Fe3＋；故答案为：不能；Fe2＋可能被HNO3氧化或被氧气氧化（答案合理均可）。