Question

20．某校化學興趣小組為探究粗鐵粒（含有少量金屬銅雜質）與某濃度硝酸反應，設計了如下探究活動：
探究一
（1）將粗鐵粒投入某濃度硝酸中，某同學觀察該實驗現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)，反應進行一段時間后，反應開始逐漸加快．請分析反應逐漸加快的可能原因反應放熱，一段時間后溶液溫度升高，反應速率加快；②由于鐵中含雜質銅，反應時形成Fe-Cu微型原電池，加快反應速率．
（2）另稱取粗鐵粒10g放入某濃度硝酸中，充分反應后得到溶液X并收集到氣體Y．為了探究溶液X中鐵元素的價態(tài)，同學甲設計如下實驗：有藥品和儀器：0.1mol•L^-1 KSCN溶液；0.1mol•L^-1 KI溶液；0.2mol•L^-1酸性高錳酸鉀溶液；氯水等；試管和滴管．
請你設計簡單實驗，探究上述猜想是否正確，填寫下列實驗報告：

實驗步驟	現(xiàn)象	結論	離子方程式
第一步	取2-3mL溶液裝于試管，向試管中加入幾滴KSCN溶液．	若溶液變紅色，則溶液含有Fe3+； 若無現(xiàn)象，則不含F(xiàn)e3+	Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3
第二步	另取少量溶液裝于試管，向試管里滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液	若溶液紫色褪去，則溶液含有Fe2+； 若無明顯變化，則不含F(xiàn)e3+．	5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

探究二
為了探究氣體Y的成分，同學乙設計了如下裝置（不考慮NO₂轉化為N₂O₄）

（3）裝置乙的作用：驗證NO₂的存在并除去NO₂．
（4）裝置丙收集到滿氣體后，通過氣泡鼓入空氣后，有紅棕色氣體生成，能否確定氣體Y中含NO？說明理
由．不能確定，由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO．
（5）同學丁為了探究氣體Y的組成，將224mL氣體Y通入足量的NaOH溶液中，氣體被完全吸收，所得溶液再用0.15mol/L^-1酸性KMnO₄溶液滴定，消耗20mL KMnO₄溶液．則氣體Y中NO、NO₂的體積比為1：3．（已知2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O和NO₂+NO+2NaOH=2NaNO₂+H₂O）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)影響化學反應速率的因素：溫度，原電池原理的角度來回答；
（2）可以選擇硫氰酸鉀來檢驗三價鐵離子，高錳酸根離子具有氧化性，可以將還原性的離子亞鐵離子氧化；
（3）根據(jù)NO₂與Na₂S溶液反應的現(xiàn)象知識來回答；
（4）NO₂與水反應也能生成NO和硝酸；
（5）可以根據(jù)化學方程式5Fe²⁺+MnO₄^-+8H⁺=5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O進行相應的計算．

解答 解：（1）①將粗鐵粒投入某濃度硝酸中，發(fā)現(xiàn)反應進行一段時間后，反應開始逐漸加快，可從2個方面答：其一是溫度原因，其二是形成原電池，
故答案為：反應放熱，一段時間后溶液溫度升高，反應速率加快； ②由于鐵中含雜質銅，反應時形成Fe-Cu 微型原電池，加快反應速率；
（2）可以選擇硫氰酸鉀來檢驗三價鐵離子，存在三價鐵離子時，溶液變紅色，亞鐵離子具有還原性，可以被高錳酸鉀氧化為三價鐵離子，導致高錳酸鉀褪色，故答案為：

步驟	操作	現(xiàn)象與結論	可能的離子方程式
第1步		若溶液變紅色，則溶液含有Fe3+； 若無現(xiàn)象，則不含F(xiàn)e3+	Fe3++3SCN-=Fe（SCN）3
第2步	另取少量溶液裝于試管，向試管里滴加幾滴酸性高錳酸鉀溶液		5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

（3）裝置乙中NO₂與Na₂S溶液反應，可看作是先生成硝酸，硝酸在與Na₂S溶液反應生成S沉淀，故可驗證NO₂的存在并除去NO₂，
故答案為：驗證NO₂的存在并除去NO₂；
（4）由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO，可以在乙和丙裝置間加一個檢驗NO₂是否除盡裝置，
故答案為：不能確定，由于NO₂與水反應也能生成NO，故不能確定氣體Y中含NO；
（5）由5NO₂^-～2 MnO₄^-，故2n（NO₂^-）=7.5×10^-3 mol，設NO、NO₂的物質的量分別為x、y mol，則有：x+y=10×10^-3 mol，2x+$\frac{1}{2}$（y-x）=7.5×10^-3，
解得：x=2.5×10^-3 mol，y=7.5×10^-3 mol，氣體Y中NO、NO₂的體積比為1：3，
故答案為：1：3．

點評 本題是一道實驗探究題目，考查學生分析和解決問題的能力，考查角度廣，注意物質性質和反應現(xiàn)象的分析應用，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．