Question

【題目】室溫下(20oC))課外小組用下列裝置探究鐵和硝酸反應(yīng)情況，過程如下圖所示：

將Ⅲ中液面上的氣體排入小試管中點(diǎn)燃，有尖銳爆鳴聲，小試管壁出現(xiàn)液滴。取反應(yīng)后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰綠色沉淀。煮沸時(shí)，蒸氣帶有刺激性氣味并能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán)。

(1)X氣體是______ (填化學(xué)式)，證據(jù)是________。

(2)實(shí)驗(yàn)中硝酸被還原成另一種產(chǎn)物的化學(xué)方程式_____。

(3)甲同學(xué)對(duì)產(chǎn)生的氣體原因提出假設(shè)并設(shè)計(jì)方案：

假設(shè)1：該濃度的硝酸中H+的氧化性大于NO3-

假設(shè)2：H+還原反應(yīng)速率大于NO3-的還原反應(yīng)速率

I. 驗(yàn)證假設(shè)1：可用____(選 “ Cu” 或“Zn”)粉與同濃度硝酸反應(yīng)，依據(jù) ____________ ，則假設(shè)1不成立。

II. 驗(yàn)證假設(shè)2：改變條件重復(fù)上圖過程實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如下：(所用試劑的量、氣體成分與實(shí)驗(yàn)上圖相同)

序號(hào)	反應(yīng)溫度	實(shí)驗(yàn)結(jié)果
a	40oC	溶液淺綠色，收集氣體為3.4mL
b	60oC	溶液淺綠色，收集氣體為2.6mL

上表實(shí)驗(yàn)結(jié)果_____(填“能”或“否”)判斷假設(shè)2成立。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析溫度對(duì)鐵粉與硝酸反應(yīng)時(shí)對(duì)生成X體積的影響的原因___________。

(4)常溫下(20℃)，乙同學(xué)改用3mol·L–1 HNO3 進(jìn)行圖1過程實(shí)驗(yàn)，Ⅱ中仍為無色氣體，在Ⅲ中氣體變紅色。由此得出的相關(guān)結(jié)論正確的是______ 。

a. 該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的無色氣體只有NO

b. 若改用濃硝酸時(shí)，反應(yīng)會(huì)更劇烈還原產(chǎn)物為NO2

c. 硝酸的濃度不同時(shí)，其主要還原產(chǎn)物不同

(5)綜上所述，金屬與硝酸生成X氣體，需要控制的條件是___________ 。

Answer 1

【答案】H2 點(diǎn)燃有尖銳爆鳴聲試管內(nèi)壁有液滴 4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O Cu 溶液變藍(lán) 否 升高溫度，H+和NO3-參與的還原反應(yīng)速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，導(dǎo)致生成的H2減少 c 稀溶液、低溫、氫以前的金屬

【解析】

由圖可知，過量鐵粉和稀硝酸完全反應(yīng)生成無色氣體，和空氣混合仍為無色，說明沒有NO，點(diǎn)燃該氣體，有尖銳爆鳴聲，小試管壁出現(xiàn)液滴，說明該氣體為氫氣。取反應(yīng)后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰綠色沉淀,說明溶液中含有Fe2+。煮沸時(shí)，蒸氣帶有刺激性氣味并能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán)，說明溶液中含有NH4+。

由圖可知，過量鐵粉和稀硝酸完全反應(yīng)生成無色氣體，和空氣混合仍為無色，說明沒有NO，點(diǎn)燃該氣體，有尖銳爆鳴聲，小試管壁出現(xiàn)液滴，說明該氣體為氫氣。取反應(yīng)后溶液，加入足量NaOH 溶液得到灰綠色沉淀,說明溶液中含有Fe2+。煮沸時(shí)，蒸氣帶有刺激性氣味并能使?jié)駶櫦t色石蕊試紙變藍(lán)，說明溶液中含有NH4+。

(1)根據(jù)以上分析X氣體應(yīng)該是H2，證據(jù)是點(diǎn)燃有尖銳爆鳴聲試管內(nèi)壁有液滴，

故答案為：H2 ；點(diǎn)燃有尖銳爆鳴聲試管內(nèi)壁有液滴；

(2) 反應(yīng)后溶液中含有Fe2+、NH4+，說明鐵和硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，鐵過量生成Fe2+,同時(shí)硝酸被還原為NH4+，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O，

故答案為：4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O；

(3)銅排在金屬活動(dòng)順序表氫的后面，所以銅和H+不反應(yīng)，因此若要證明假設(shè)1不成立，則可選用Cu粉與同濃度硝酸反應(yīng)，若溶液變藍(lán)則證明假設(shè)1不成立。

對(duì)比a、b兩次實(shí)驗(yàn)，其它條件相同，溫度不同，且溫度升高，產(chǎn)生的氫氣體積反而減小，其原因?yàn)樯�高溫度�?/span>H+和NO3-參與的還原反應(yīng)速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，導(dǎo)致生成的H2減少，因此不能說明H+還原反應(yīng)速率大于NO3-的還原反應(yīng)速率，即不能判斷假設(shè)2成立。

故答案為：Cu；溶液變藍(lán)；否；升高溫度，H+和NO3-參與的還原反應(yīng)速率都加快，但NO3-增加更快，生成的NH4+多，導(dǎo)致生成的H2減少；

(4) a. 改用3mol·L–1 HNO3，硝酸濃度增大，Ⅱ中仍為無色氣體，在Ⅲ中氣體變紅色，為無色的NO被氧化為紅棕色的NO2,該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的無色氣體含有NO，不排除含有H2，故a錯(cuò)誤；

b. 若改用濃硝酸時(shí)，在常溫下鐵與濃硝酸發(fā)生鈍化，故b錯(cuò)誤；

c. 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，硝酸的濃度不同時(shí)，其主要還原產(chǎn)物不同，故c正確。

故答案為：c；

(5)由實(shí)驗(yàn)可知，硝酸濃度增大，產(chǎn)物變?yōu)?/span>NO，還原速度劇增，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 H+的還原速率，以至于得不到氫氣，若要金屬與硝酸反應(yīng)生成H2，則需要控制的條件是稀溶液、低溫、氫以前的金屬，

故答案為：稀溶液、低溫、氫以前的金屬。