Question

为证明Fe³⁺具有较强的氧化性，甲同学做了如下实验：将Cu片放入0.5mol/L Fe(NO₃)₃溶液中，观察到Cu片逐渐溶解，溶液由黄色变为蓝绿色，由此甲同学得到Fe³⁺具有较强氧化性的结论。
乙同学提出了不同的看法：“Fe(NO₃)₃溶液具有酸性，在此酸性条件下NO₃^-也能氧化Cu”，并设计实验进行探究。已知：

水解反应	平衡常数（K）
Fe3+ + 3H2O  Fe(OH)3 + 3H+	7.9 × 10-4
Fe2+ + 2H2O  Fe(OH)2 + 2H+	3.2 × 10-10
Cu2+ + 2H2O  Cu(OH)2 + 2H+	3.2 × 10-7

 
请回答：（1）稀硝酸和Cu反应的化学方程式为                                  。
（2）请利用所提供的试剂，帮助乙同学完成实验方案设计。
试剂：0.5mol/L Fe(NO₃)₃溶液、Cu片、精密pH试纸（0.5～5.0）、硝酸钠溶液、稀盐酸。
方案：                                                  。
（3）丙同学分别实施了甲、乙两位同学的实验方案，并在实验过程中用pH计监测溶液pH的变化，实验记录如下。

实验内容	实验现象
甲同学的实验方案	溶液逐渐变成蓝绿色， pH略有上升
乙同学的实验方案	无明显现象，pH没有明显变化。

 
①据实验现象写出发生反应的离子方程式：                                。
②导致实验过程中溶液pH略有上升的可能原因是                          。
③解释乙同学的实验现象                                  。
（4）请你设计更简便可行的实验方案，帮助甲同学达到实验目的：                    。

Answer 1

（1）3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O （2分）
（2）测定硝酸铁溶液的pH，再用硝酸钠溶液和稀盐酸配制成与硝酸铁溶液PH相同、硝酸根离子浓度相同的溶液，将铜片加入到该溶液中，观察二者是否反应。（3分）
（3）①Cu + 2Fe³⁺ = Cu²⁺ + 2Fe²⁺ （2分）
②Fe³⁺变为Cu²⁺和Fe²⁺，水解能力下降（2分）
③在此酸性条件下NO₃^-不能氧化Cu。（2分）
（4）将铜片放入0.5mol/L氯化铁溶液中（2分）

试题分析：（1）稀硝酸和Cu反应的化学方程式为3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
（2）乙同学认为Fe(NO₃)₃溶液具中的NO₃^-也能氧化Cu，据此设计对照实验，配制pH与Fe(NO₃)₃溶液相同但只含NO₃^-不能氧化CuNO₃^-不含Fe³⁺的溶液即可，将铜放入该溶液中，观察二者是否反应
（3）①根据丙同学的实验证明甲同学的结论是正确的，发生的离子反应方程式为Cu + 2Fe³⁺ = Cu²⁺ + 2Fe²⁺②根据水解反应的平衡常数知Fe³⁺水解程度最大，溶液的pH略有上升，说明Fe³⁺变为Cu²⁺和Fe²⁺浓度减小，水解能力下降
③乙同学的实验现象说明在Fe(NO₃)₃溶液的酸性条件下，NO₃^-不能氧化Cu
（4）甲同学的实验中，NO₃^-造成干扰，将原溶液中的NO₃^-换成其他易溶盐的酸根离子即可证明