Question

某同学在实验室进行铁盐与亚铁盐相互转化的实验：

实验Ⅰ：将Fe³⁺转化为Fe²⁺

（1） Fe³⁺与Cu粉发生反应的离子方程式为：________________________________________。

（2）探究白色沉淀产生的原因，请填写实验方案：

实验方案	现象	结论
步骤1：取4mL_________mol/L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液	产生白色沉淀	CuSO4与KSCN 反应产生了白色沉淀
步骤2：取  _____________________________	无明显现象

查阅资料：ⅰ．SCN^－的化学性质与I^－相似     ⅱ．2Cu²⁺ + 4 I^－= 2CuI↓+ I₂

则Cu²⁺与SCN^－反应的离子方程式为________________________________________________。

实验Ⅱ：将Fe²⁺转化为Fe³⁺

实验方案	现象
向3mL 0.1mol/L FeSO4溶液中加入1 mL 8mol/L稀硝酸	溶液变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色

探究上述现象出现的原因：

查阅资料：Fe²⁺ + NO  Fe(NO)²⁺(棕色)

（3）用离子方程式解释NO 产生的原因_______________________________________________。

（4）从化学反应速率与限度的角度对体系中存在的反应进行

反应Ⅰ：Fe²⁺与HNO₃反应；       反应Ⅱ：Fe²⁺与NO反应

① 依据实验现象，甲认为反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ__________(填“快”或“慢”)。

② 乙认为反应Ⅰ是一个不可逆反应，并通过实验证明其猜测正确，乙设计的实验方案是______________________________。

③请用化学平衡移动原理解释溶液由棕色变为黄色的原因__________________________________。

（5）丙认为若生成的NO与Fe²⁺不接触，溶液就不会出现棕色，请从以下提供的实验用品中选择合适的用品，设计实验方案，并画出实验装置图，标明试剂，实现Fe²⁺Fe³⁺的转化，同时避免出现此异常现象。

  实验用品：U形管、烧杯、导线、石墨棒若干、铁片若干、盐桥（装有含琼脂的KCl饱和溶液）、  0.1mol/L FeSO₄溶液、8mol/L稀硝酸

____________

Answer

2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+0.1取4mL 0.1mol/L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液Cu2++3SCN－=CuSCN↓+(SCN)23Fe2++4H++NO3－＝3Fe3++NO↑+2H2O慢取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应Fe2+被硝酸氧化为Fe3+，导致溶液中Fe2+浓度降低，导致平衡Fe2++NOFe(NO)2+逆向移动，最终Fe(NO)2+完全转化为Fe3+，溶液由棕色变为黄色

【解析】

（1）Fe3+与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子；（2）图1中得到溶液中Fe2+为0.2mol/L，Cu2+为0.1mol/L，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验；由题目信息ii可知，Cu2+与SCN-反应生成CuSCN沉淀，同时生成(SCN)2；（3）亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水；（4）①反应速率快的反应现象最先表现；②反应中硝酸过量，若存在平衡，溶液中含有Fe2+，否则没有Fe2+，可以用K3[Fe(CN)6]溶液检验；③Fe2+被硝酸氧化为Fe3+，导致溶液中Fe2+浓度降低，导致平衡发生移动，最终Fe(NO)2+完全转化为Fe3+。

（1）Fe3+与Cu粉发生反应生成铜离子与亚铁离子，反应离子方程式为：2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+；

（2）由反应2Fe3++Cu═2Fe2++Cu2+，可知图1中得到溶液中Fe2+为0.2mol/L，Cu2+为0.1mol/L，分别取相同浓度的硫酸铜溶液、硫酸亚铁溶液，滴入KSCN溶液进行对照实验，故实验方案为：步骤1：取4mL 0.1mol/L CuSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液，步骤2：取4mL 0.1mol/L FeSO4溶液，向其中滴加3滴0.1mol/L KSCN溶液，由题目信息ii可知，Cu2+与SCN-反应生成CuSCN沉淀，同时生成（SCN）2，反应离子方程式为：2Cu2++4SCN-=2CuSCN↓+（SCN）2；

（3）亚铁离子具有还原性，酸性条件下硝酸根具有强氧化性，反应生成铁离子、NO与水，反应离子方程为：3Fe2++4H++NO3-═3Fe3++NO↑+2H2O；

（4）①溶液先变为棕色，放置一段时间后，棕色消失，溶液变为黄色，反应速率快的反应现象最先表现，反应Ⅰ的速率比反应Ⅱ的慢；

②反应中硝酸过量，若存在平衡，溶液中含有Fe2+，否则没有Fe2+，具体的实验方案是：取反应后的黄色溶液于试管中，向其中加入几滴K3[Fe（CN）6]溶液，溶液无明显变化，说明反应I是不可逆反应；

③Fe2+被硝酸氧化为Fe3+，导致溶液中Fe2+浓度降低，导致平衡Fe2++NO⇌Fe（NO）2+逆向移动，最终Fe（NO）2+完全转化为Fe3+，溶液由棕色变为黄色；

（5）利用原电池原理，使NO与Fe2+在不同的电极区域生成，实验装置图为。