某小组同学利用隔绝空气的密闭容器对稀硝酸和金属的反应进行了研究。
实验Ⅰ的操作及现象是:
ⅰ.室温下,在反应器中加入过量的铁粉与2mL0.5mol/LHNO3,有气体生成,溶液呈浅绿色,反应结束后收集到无色气体6.0mL。
ⅱ.将收集到气体通入有空气的容器中,无明显变化:然后点燃气体,有尖锐的爆鸣声,并产生无色液滴。
ⅲ.取ⅰ中反应后溶液,加入足量NaOH溶液并加热,立刻得到白色沉淀,迅速变为灰绿色;加热后产生能使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体。
(1)气体产物中含有H2的实验证据是 点燃气体,有尖锐爆鸣声,试管壁出现液滴点燃气体,有尖锐爆鸣声,试管壁出现液滴。经进一步检验气体产物中只有H2。
(2)反应中,硝酸还有其他还原产物,生成该还原产物的离子方程式是 4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O。
(3)对产生H2的原因提出假设并进行了研究:
①假设1:该浓度的硝酸中H+的氧化性大于NO3-;经实验检验,假设1不成立。实验方案是 在反应器中加入过量的Cu粉与2mL0.5mol/LHNO3在反应器中加入过量的Cu粉与2mL0.5mol/LHNO3,实验证据是 溶液变蓝,同时没有氢气放出溶液变蓝,同时没有氢气放出。
②假设2:H+的还原速率大于NO3-的还原速率H+的还原速率大于NO3-的还原速率(补出合理假设)。同学们用其他实验方案,验证该假设成立。
(4)仅改变实验温度,重复实验Ⅰ。实验中得到的气体和溶液的成分与实验Ⅰ相同,但收集到的气体体积不同:反应温度为40℃时,气体体积为3.4mL;反应温度为60℃时,气体体积为2.6mL。对实验现象给出合理解释:随温度升高,H+与NO3-的还原速率都在增大,但NO3-还原速率增大的更多随温度升高,H+与NO3-的还原速率都在增大,但NO3-还原速率增大的更多。
(5)实验Ⅱ:
实验 | 现象 |
室温下,在反应器中加入过量的铁粉与2mL3MOL/HNO3 | 有无色气体生成,经检验不含可燃性气体;气体接触空气显红棕色;溶液变为深棕色 |
经检验不含可燃性气体
经检验不含可燃性气体
。(6)综上所述,金属与硝酸生成氢气需要控制的条件是
降低硝酸浓度,低温,使用氢前金属
降低硝酸浓度,低温,使用氢前金属
。【答案】点燃气体,有尖锐爆鸣声,试管壁出现液滴;4Fe+NO3-+10H+=4Fe2++NH4++3H2O;在反应器中加入过量的Cu粉与2mL0.5mol/LHNO3;溶液变蓝,同时没有氢气放出;H+的还原速率大于NO3-的还原速率;随温度升高,H+与NO3-的还原速率都在增大,但NO3-还原速率增大的更多;经检验不含可燃性气体;降低硝酸浓度,低温,使用氢前金属
【解答】
【点评】
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