Question

Fe、Cu都是人類最早使用的金屬，某化學研究性學習小組的同學運用實驗的手段研究Fe、Cu以及化合物的相關性質．請你參與研究并回答下列問題_：
（1）甲同學取兩束細銅絲用砂紙打磨后在酒精燈上灼燒至紅熱，再分別迅速伸入盛滿O₂或Cl₂的兩個集氣瓶中．其中能看到燃燒現象的集氣瓶中所裝氣體是

Cl₂

．
（2）乙同學為驗證Fe在冷的濃HNO₃中發生鈍化，但能和熱的濃HNO₃反應，設計了如圖所示的實驗，請你指出其中的兩處主要錯誤：①

兩只試管中的液體均超過試管容積的

1

3

；②

加熱液體的試管應與桌面成45°角向上傾斜

糾正上述錯誤后，如將裝置2中的鐵片改成一段一端為螺旋狀的鐵絲，呈螺旋狀的一端深人硝酸中，另一端伸出橡皮塞外，這種改進的優點是

既能控制反應的進行又能減少氮氧化物的排放

．
（3）丙同學將乙同學的Fe和濃HNO₃反應后的溶液冷卻，再將溶液倒人燒杯中并加入一塊Cu片，發現Cu片逐漸溶解．
①丙同學依據反應中某一現象得出了乙同學實驗后HNO₃過量的正確結論，他依據的反應現象是

試管上部出現紅棕色氣體

．
②丙同學認為銅片溶解可能還有另一化學反應的存在原因，該反應的離子方程式是

2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺

（4）丁同學取0.05molOi與足量濃HNO₃反應，采用了正確的試驗方法，但收集產生的氣體不足0.1mol，最有可能的原因是（用化學方程式表示）

2NO₂?N₂O₄

．

Answer 1

分析：（1）根據銅及氧氣、氯氣的性質分析；
（2）根據實驗時，取用液體的體積及加熱液體的注意事項分析；根據實驗是否容易控制及反應產物量的多少分析；
（3）①根據二氧化氮的性質分析，二氧化氮能和水反應生成硝酸，當溶液中硝酸過量時，二氧化氮會剩余，氣體呈紅棕色；
②硝酸過量時，鐵和硝酸反應生成三價鐵，根據三價鐵的性質分析；
（4）二氧化氮能發生可逆反應生成四氧化二氮，據此分析；

解答：解：（1）銅在氧氣中不燃燒，在氯氣中能燃燒產生棕黃色煙，故選氯氣．
（2）加熱液體時，試管內的液體不能超過試管的三分之一，超過三分之一時，加熱過程中容易產生暴沸，造成安全事故；加熱液體的試管應與桌面成45°角向上傾斜，不能豎直向上；改進后的銅絲容易抽拉，即容易控制反應的進行，從而減少氮氧化物的排放；
故答案為：兩只試管中的液體均超過試管容積的

1

3

；加熱液體的試管應與桌面成45°角向上傾斜；既能控制反應的進行又能減少氮氧化物的排放．
（3）①二氧化氮能和水反應生成硝酸和一氧化氮，當溶液中硝酸過量時，抑制二氧化氮的溶解，所以可看到氣體呈紅棕色；
故答案為：試管上部出現紅棕色氣體．
②硝酸過量時，鐵和硝酸反應生成三價鐵，三價鐵和銅能反應生成二價鐵離子和銅離子，從而使銅片溶解，發生反應為
2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺．
故答案為：2Fe³⁺+Cu=Cu²⁺+2Fe²⁺．
（4）二氧化氮能發生可逆反應生成四氧化二氮，2NO₂?N₂O₄，從而使收集的氣體小于0.1mol．
故答案為：2NO₂?N₂O₄

點評：本題考查了常見金屬銅和鐵的化學性質，難度不大，寫三價鐵離子和銅反應的離子方程式時要注意電荷守恒．