Question

【題目】某小組在驗證反應“Fe + 2Ag+=Fe2+ + 2Ag”的實驗中檢測到Fe3+，發現和探究過程如下。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，溶液呈黃色。

(1)檢驗產物：

①取少量黑色固體，洗滌后，____________________________________(填操作和現象)，證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加__________溶液，產生藍色沉淀，說明溶液中含有_____________。

(2)針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe3+，乙認為鐵粉過量時不可能有Fe3+，乙依據的原理是________________________(用離子方程式表示)。針對兩種觀點繼續實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發現有白色沉淀產生，白色沉淀：___________（化學式），且溶液顏色變淺、沉淀量多少與取樣時間有關，對比實驗記錄如下：

序號	取樣時間/min	現象
i	3	產生大量白色沉淀；溶液呈紅色
ii	30	產生白色沉淀較3min時量少；溶液紅色較3min時加深
iii	120	產生白色沉淀較30min時量少；溶液紅色較30min時變淺

② 對Fe3+產生的原因作出如下假設：

假設a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產生Fe3+;

假設b：空氣中存在O2，由于________________________(用離子方程式表示)，可產生Fe3+; 假設c：酸性溶液中NO3-具有氧化性，可產生Fe3+_________________(用離子方程式表示)

假設d：根據加入KSCN溶液后產生白色現象，判斷溶液中存在Ag+，可產生Fe3+。請寫出產生Fe3+的離子方程式：______________________________。

③ 下列實驗可證實假設a、b、c不是產生Fe3+的主要原因。實驗Ⅱ可證實假設d成立。

實驗：向硝酸酸化的__________溶液溶液(pH≈2)中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3 min時溶液呈淺紅色，30 min后溶液幾乎無色。

(3)根據實驗現象，結合方程式推測實驗ⅰ~ⅲ中Fe3+濃度變化的原因：______________________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】加入足量稀鹽酸（或稀硫酸），固體未完全溶解鐵氰化鉀（或K3[Fe(CN)3] ） Fe2+Fe+2Fe3+=3Fe2+ AgSCN4Fe2++O2+4H+=Fe3++2H2O3Fe2+ + NO3- + 4H+ =3Fe3+ +NO↑+ 2H2OAg++Fe2+=Ag+Fe3+NaNO3溶液中存在反應：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反應開始時，c(Ag+)大，以反應①②為主，c(Fe3+)增大。約30分鐘后，c(Ag+)小，以反應③為主，c(Fe3+)減小。

【解析】

（1）銀和鹽酸、稀硫酸等不反應，可用K3[Fe（CN）3]檢驗亞鐵離子，生成藍色沉淀；

（2）過量的鐵與硝酸反應生成亞鐵離子，亞鐵離子可被空氣中氧氣氧化，可被酸化的硝酸根離子氧化，銀離子如氧化亞鐵離子，則發生Ag＋+Fe2＋=Ag+Fe3＋；

（3）取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，可證明溶液中有Fe3＋，生成白色沉淀為AgSCN，隨著放置時間的增加，平衡Ag＋+SCN－AgSCN逆向移動，Fe3＋濃度減小，溶液紅色變淺，主要發生Fe+2Fe3＋=3Fe2＋。

（1）①黑色固體中含有過量鐵，如果同時含有銀，則可以加入HCl或H2SO4溶解Fe，而銀不能溶解；

②K3[Fe（CN）3]是檢驗Fe2＋的試劑，所以產生藍色沉淀說明含有Fe2＋；

（2）過量鐵粉與Fe3＋反應生成Fe2＋，即Fe+2Fe3＋=3Fe2＋；

①Ag＋與SCN－生成白色沉淀AgSCN；

②O2氧化Fe2＋反應為4Fe2＋+O2+4H＋=4Fe3＋+2H2O，白色沉淀是AgSCN，所以實驗可以說明含有Ag＋，Ag＋可能氧化Fe2＋生成Fe3＋；

酸性溶液中NO3－具有氧化性，可產生Fe3＋，3Fe2+ + NO3- + 4H+ =3Fe3+ +NO↑+ 2H2O；

銀離子氧化亞鐵離子，則發生Ag＋+Fe2＋=Ag+Fe3＋；

③證明假設abc錯誤，就是排除Ag＋時實驗比較，相當于沒有Ag＋存在的空白實驗，考慮其他條件不要變化，可以選用0.05 mol·L-1NaNO3；

（3）溶液中存在反應：①Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，②Ag++Fe2+=Ag+Fe3+，③Fe+2Fe3+=3Fe2+。反應開始時，c(Ag+)大，以反應①②為主，c(Fe3+)增大。隨反應進行平衡Ag＋+SCN－AgSCN逆向移動，約30分鐘后，c(Ag+)小，以反應③為主，c(Fe3+)減小。