Question

某学生欲探究FeSO₄溶液与浓HNO₃的反应。

该同学向盛有FeSO₄溶液的试管中滴入数滴浓硝酸，并振荡试管，预期现象为试管中会立即产生红棕色气体，溶液焰色逐渐变黄。但实际操作时观察到液面上方气体变化红棕色，且试管中溶液颜色变为深棕色。

为了进一步探究溶液变为深棕色的原因，该同学进行如下实验。

回答下列问题

(1)向FeSO₄溶液和反应后溶液中加入KSCN溶液，前者不变红色，后者变红，该现象的结论是________。

(2)该同学通过查阅资料，认为溶液的深棕色可能是NO₂或NO与溶液中Fe²⁺或Fe³⁺发生反应而得到的。为此他利用如图装置（气密性已检验，尾气处理装备略）进行探究。

Ⅰ.打开活塞a、关闭b，并使甲装置中反应开始后，观察到丙中溶液逐渐变为深棕色，而丁中溶液无明显变化。

Ⅱ.打开活塞b、关闭a，一段时间后再停止甲中反应。

Ⅲ.为与Ⅰ中实验进行对照重新更换丙、丁后，使甲中反应重复进行步骤Ⅰ实验，观察到的现象与步骤Ⅰ中相同。

①铜与足量浓硝酸反应的离子方程式是_______________。

②装置乙的试剂为____________________。

③步骤Ⅱ的目的是_______________________。

④该实验可得出的结论是______________________。

(3)该同学重新进行FeSO₄溶液与浓HNO₃的反应的实验，观察到了预期现象，其实验操作是_________，反应的离子方程式为___________________

Answer

原溶液中不含Fe3+，反应后溶液中含有Fe3+ Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2+2H2O 水 排除乙右侧装置中的残留的NO2 NO、NO2可以与Fe2+水溶液作用产生深棕色，但Fe3+不行 向盛有浓硝酸的试管中，滴入数滴新制FeSO4溶液 Fe2++2H++NO3-=Fe3++NO2+H2O

【解析】（1）向原新制FeSO4溶液中和反应后溶液中均加入KSCN溶液，前者不变红色，后者变红，而由于Fe3+遇KSCN溶液显血红色，故可以说明原溶液中不含Fe3+，反应后溶液中含有Fe3+；

（2）①铜和浓硝酸反应的方程式为Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O；②打开活塞b、关闭a，乙中需盛装水溶液，使NO2与水反应生成NO，来验证NO与溶液中Fe2+或Fe3+发生的反应：③装置乙有残留的NO2，所以需要反应一段时间后，利用生成的NO来排出装置中的NO2，从而可以获得纯净的NO；④打开活塞a，关闭b时，反应生成的NO2气体通入了FeSO4溶液中后显深棕色，而通入Fe2（SO4）3溶液中无现象；为与Ⅰ中实验进行对照，更换丙，丁后，使甲中反应继续，观察到的现象与步骤Ⅰ中相同，即NO通入FeSO4溶液后显深棕色，而通入Fe2（SO4）3溶液中无现象，因此实验结论是NO、NO2可以与Fe2+水溶液作用产生深棕色，但Fe3+不行；（3）由于实验I的现象是NO2气体通入了FeSO4溶液中后显深棕色，而通入Fe2（SO4）3溶液中无现象，故可以向盛有浓硝酸的试管中滴入数滴新制的FeSO4溶液，震荡，浓硝酸被还原为NO2，Fe2+被氧化为Fe3+，此时溶液应该无明显的颜色变化，反应的方程式为 Fe2++2H++NO3-=Fe3++NO2+H2O。