Question

9．某�；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)為探究Fe（NO₃）₂等硝酸鹽熱分解產(chǎn)物和產(chǎn)物的性質(zhì)，他們開(kāi)展了如下探究性學(xué)習(xí)．
I．查閱資料，獲取了相關(guān)知識(shí)信息：
金屬的活潑性不同，其硝酸鹽分解產(chǎn)物不同，依據(jù)金屬活動(dòng)順序表：
（1）K→Na等活潑金屬的硝酸鹽分解生成亞硝酸鹽和氧氣，
如：2NaNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaNO₂+O₂↑；
（2）Mg→Cu等較活潑金屬的硝酸鹽分解生成氧化物、NO₂和O₂，
如：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
（3）Hg以后不活潑金屬的硝酸鹽分解生成金屬、NO₂和O₂，
如：2AgNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO₂↑+O₂↑．
Ⅱ．實(shí)驗(yàn)探究，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到相關(guān)結(jié)論：
【實(shí)驗(yàn)一】探究Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物中Fe元素的價(jià)態(tài)．該小組甲同學(xué)將Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物溶于足量的稀H₂SO₄得到相應(yīng)兩份溶液，進(jìn)行以下探究實(shí)驗(yàn)．
（1）提出猜想：猜想一：Fe元素只顯+2價(jià)；
猜想二：Fe元素只顯+3價(jià)；
猜想三：Fe元素既有+2價(jià)又有+3價(jià)．
（2）實(shí)驗(yàn)操作：①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②向另一份溶液中滴入KMnO₄溶液．
（3）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)①溶液呈血紅色；實(shí)驗(yàn)②KMnO₄溶液顏色不褪色．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂分解的化學(xué)方程式是4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑．
【實(shí)驗(yàn)二】探究Fe（NO₃）₂熱分解氣體產(chǎn)物的性質(zhì)．小組乙、丙同學(xué)進(jìn)行了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)（收集時(shí)操作恰當(dāng)，幾乎沒(méi)有空氣）：

實(shí)驗(yàn)步驟：①連接儀器；②檢查裝置氣密性；③取一定質(zhì)量Fe（NO₃）₂裝于大試管中，并重新連接好儀器；④加熱；⑤…
（1）乙同學(xué)使用Ⅰ裝置收集氣體，恰好收集到54mL紅棕色氣體，要從水槽中取出量筒，
乙同學(xué)的正確操作方法是用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，將量筒從水槽中取出，正放在試驗(yàn)臺(tái)上．
（2）丙同學(xué)取等質(zhì)量的Fe（NO₃）₂同樣條件下熱分解，并使用Ⅱ裝置收集氣體產(chǎn)物，可收集到8mL氣體．
【實(shí)驗(yàn)三】探究固體混合物的組成和特征．
（1）小組丁同學(xué)取KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，則KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比可能是C
（填字母序號(hào)）．
A．1：2：3        B．2：1：3       C．1：2：2      D．3：8：5
（2）若取按上述比例混合的固體硝酸鹽1mol溶于100mL 3mol•L^-1的硫酸中，再向溶液中加入銅片，可溶解的銅的最大質(zhì)量為14.4g．

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)一】
（1）Fe是典型的變價(jià)金屬，有+2價(jià)、+3價(jià)，分解后，F(xiàn)e可能只顯+2價(jià)，可能只顯+3價(jià)，也可能既有+2價(jià)也有+3價(jià)；
（2）檢驗(yàn)鐵離子用KSCN溶液，觀察是否溶液變紅，檢驗(yàn)亞鐵離子可用酸性KMnO₄稀溶液，觀察KMnO₄溶液是否褪色；
（3）若猜想二成立，鐵元素只顯+3價(jià)，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應(yīng)變紅，向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無(wú)明顯變化；
（4）猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂熱分解生成了氧化鐵，二氧化氮和氧氣，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【實(shí)驗(yàn)二】
（1）由于NO₂和的密度均大于空氣，所以將量筒從水槽中取出，正放在試驗(yàn)臺(tái)上；
（2）由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知產(chǎn)生NO₂和O₂的體積比為8：1，而4NO₂～O₂可恰好進(jìn)入溶液中，剩余的NO₂溶于水產(chǎn)生NO，因此收集到的氣體為NO；
【實(shí)驗(yàn)三】
（1）根據(jù)三個(gè)反應(yīng)2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說(shuō)明三個(gè)反應(yīng)中生成的氣體物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，通過(guò)選項(xiàng)答案驗(yàn)證；
（2）按C選項(xiàng)，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比1：2：2，則1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，根據(jù)3Cu～2NO₃^-～8H⁺關(guān)系計(jì)算Cu的質(zhì)量．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)一】
（1）Fe是典型的變價(jià)金屬，有+2價(jià)、+3價(jià)，分解后，F(xiàn)e可能只顯+2價(jià)，可能只顯+3價(jià)，也可能既有+2價(jià)也有+3價(jià)，
故答案為：+3；既有+2價(jià)又有+3價(jià)；
（2）Fe³⁺能和SCN^-生成絡(luò)合物，使溶液呈現(xiàn)血紅色現(xiàn)象明顯，這一反應(yīng)是Fe³⁺的特征反應(yīng)，所以用KSCN溶液檢驗(yàn)鐵離子，觀察是否溶液變紅，檢驗(yàn)亞鐵離子可用酸性KMnO₄稀溶液，觀察KMnO₄溶液是否褪色，
故答案為：KSCN溶液；
（3）若猜想二成立，鐵元素只顯+3價(jià)，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應(yīng)變紅，鐵離子和高錳酸根離子不反應(yīng)，所以向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無(wú)明顯變化，
故答案為：KMnO₄溶液不褪色；
（4）猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂熱分解生成了氧化鐵，二氧化氮和氧氣，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，
故答案為：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【實(shí)驗(yàn)二】
（1）將收集氣體的量筒從水槽中取出的方法是用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，由于NO₂和的密度均大于空氣，所以將量筒從水槽中取出，正放在試驗(yàn)臺(tái)上，
故答案為：用玻璃片在水槽里蓋好量筒口，用食指摁緊玻璃片，將量筒從水槽中取出，正放在試驗(yàn)臺(tái)上；
（2）若用排水法收集時(shí)，4NO₂～O₂可恰好進(jìn)入溶液中，由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知產(chǎn)生NO₂和O₂的體積比為8：1，則54ml氣體中有24ml NO₂和6ml O₂恰好進(jìn)入溶液，另外24ml NO₂溶于水產(chǎn)生8ml NO，則收集到的氣體為8ml 氣體，
故答案為：8；
【實(shí)驗(yàn)三】（1）根據(jù)三個(gè)反應(yīng)2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說(shuō)明三個(gè)反應(yīng)中生成的氣體物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，Cu（NO₃）₂受熱分解的氣體產(chǎn)物恰好符合物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，所以其量為任意值，而KNO₃和2Fe（NO₃）₂按物質(zhì)的量比為1：2混合受熱分解的氣體恰好符合n（NO₂）：n（O₂）=4：1進(jìn)入溶液，
故答案為：C；
（2）按C選項(xiàng)，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比1：2：2，則1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，
溶于硫酸溶液后和Cu反應(yīng)，設(shè)能溶解Cu的質(zhì)量為x，則
3Cu～2NO₃^-～8H⁺
192g 2mol 8mol
x 1.8mol 0.6mol
x=$\frac{0.6mol}{8nol}$=14.4g，
故答案為：14.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了鐵及其重要化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，側(cè)重于離子檢驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案及操作、混合物的計(jì)算，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，計(jì)算Cu的質(zhì)量時(shí)注意硝酸根離子是過(guò)量的．