Question

7．為探究鐵和稀硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物，某興趣小組進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
查閱資料
i．NO+Fe（NO）SO₄（棕色）
ii．KMnO₄溶液可氧化吸收NO和NO₂
iii.0.2mol•L^-1　NaOH溶液可完全吸收NO、NO₂混合氣體中的NO₂，而不吸收NO
實(shí)驗(yàn)Ⅰ用以下裝置驗(yàn)證鐵和過(guò)量12mol?L-1硝酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體中含有NO
（1）圖1的A裝置中加入硝酸前需加入N₂一段時(shí)間的目的是排除裝置內(nèi)的空氣，防止對(duì)NO的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾．
（2）通N₂一段時(shí)間后，加入12mol?L^-1硝酸后看到A裝置中產(chǎn)生紅棕色氣體，B裝置中溶液變棕色．根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能確定產(chǎn)生的氣體中含有NO，理由是NO₂在B裝置中與水反應(yīng)生成NO．請(qǐng)?jiān)趫D1裝置的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)措施在A和B裝置間增加一個(gè)裝有0.2mol•L^-1NaOH溶液的洗氣裝置．
（3）用圖1的A裝置和圖2裝置可測(cè)量反應(yīng)產(chǎn)生的NO體積，實(shí)驗(yàn)操作如下
A．連接裝置，并檢查氣密性
B．往A裝置中加入鐵片后，再往分液漏斗加入12mol?L^-1的硝酸
C．通N₂一段時(shí)間后關(guān)閉
D．向水槽中加入0.2mol?L^-1NaOH溶液
e．打開分液漏斗活塞，加入一定量12mol?L^-1硝酸后，關(guān)閉活塞
f．將裝滿0.2mol?L^-1NaOH溶液的量筒倒扣在水槽中
g．待反應(yīng)裝置恢復(fù)至室溫時(shí)，讀取數(shù)據(jù)
①操作的正確順序是a→b→d→c→f→e→g
②讀取數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意上下移動(dòng)量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，視線與量筒內(nèi)的凹液面相平．
實(shí)驗(yàn)Ⅱ?qū)?mol?L^-1硝酸與過(guò)量鐵反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行探究
反應(yīng)過(guò)程中溶液中c（H⁺）和產(chǎn)生氣體的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）隨鐵的消耗量變化關(guān)系如下圖所示．
（4）據(jù)圖推測(cè)HNO₃在bc段的還原產(chǎn)物是NH₄⁺或NH₄NO₃（填化學(xué)式）；若在ab段只產(chǎn)生單一的氣體，則該氣體是N₂O（填化學(xué)式）．

Answer 1

分析 鐵和硝酸反應(yīng)，因硝酸有強(qiáng)氧化性，能氧化鐵為+3價(jià)，如果硝酸過(guò)量，氧化產(chǎn)物只有+3價(jià)鐵，如果鐵過(guò)量，因Fe³⁺也能氧化鐵，故有Fe生成，濃硝酸的還原產(chǎn)物為NO₂，稀硝酸的還原產(chǎn)物為NO，NO還原性比較強(qiáng)，遇空氣中的氧氣能立即氧化為NO₂紅棕色氣體，據(jù)此分析可作答；
（1）通N₂可排除裝置內(nèi)的空氣，避免NO被空氣中的氧氣氧化；
（2）NO₂為紅棕色氣體，能溶解于水并與水反應(yīng)生成NO，反應(yīng)方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；在圖1裝置的基礎(chǔ)要增加一個(gè)除NO₂氣體的裝置，通�？蛇x用盛裝NaOH溶液的洗氣瓶裝；
（3）①操作順序應(yīng)該是先檢查裝置氣密性、裝藥品，通氮?dú)馀趴諝狻⑾虿蹆?nèi)加入少量NaOH溶液、將裝滿0.2mol?L^-1NaOH溶液的量筒倒扣在水槽中、打開分液漏斗使反應(yīng)進(jìn)行并收集氣體、最后冷卻后讀出氣體的體積；
②正確讀數(shù)時(shí)一定要量筒和水槽內(nèi)液面相平，視線也要與量筒內(nèi)的凹液面相平；
（4）bc段仍消耗HNO₃，說(shuō)明反應(yīng)仍在進(jìn)行，但無(wú)氣體增加，可知HNO₃的還原產(chǎn)物不是氣體氮氧化物，而應(yīng)該是溶性的銨鹽，ab段消耗Fe的物質(zhì)的量0.11mol-0.03mol=0.08mol，因溶液中仍有硝酸，氧化產(chǎn)物為Fe³⁺，故鐵失去電子數(shù)為0.08mol×3=0.24mol，ab段生成氣體的體積為672mL，物質(zhì)的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，根據(jù)電子守恒推測(cè)硝酸還原產(chǎn)物；

解答 解：（1）因NO遇空氣易氧化，先通N₂可除去空氣，避免NO氧化，故答案為：排除裝置內(nèi)的空氣，防止對(duì)NO的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾；
（2）反應(yīng)產(chǎn)生紅棕色氣體說(shuō)明有NO₂生成，因NO₂能與水反應(yīng)生成NO，故無(wú)法證明反應(yīng)生成NO，可選擇在裝置1中添加盛裝NaOH溶液的洗氣瓶除去NO₂，故答案為：NO₂在B裝置中與水反應(yīng)生成NO；在A和B裝置間增加一個(gè)裝有0.2 mol•L^-1 NaOH溶液的洗氣裝置；
（3）①依照先檢查裝置氣密性、裝藥品、再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的原則，正確的操作順序?yàn)閐 c f e 或c d f e，故答案為：d c f e 或c d f e；
②為保證量筒內(nèi)氣體的壓強(qiáng)也外界大氣壓強(qiáng)相等，可上下移動(dòng)量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，讀數(shù)時(shí)要確保視線與量筒內(nèi)的凹液面相平，故答案為：上下移動(dòng)量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，視線與量筒內(nèi)的凹液面相平；
（4）反應(yīng)進(jìn)行過(guò)程中無(wú)氣體生成，可知生成物為可溶性的銨鹽，即還原產(chǎn)物為NH₄⁺，ab段消耗Fe的物質(zhì)的量是0.08mol，失去電子數(shù)為0.24mol，生成氣體的物質(zhì)的量為0.03mol，如果還原產(chǎn)物為NO，則硝酸得電子數(shù)為0.03mol×3=0.09mol≠0.24mol，此時(shí)電子不守恒，若為N₂O，則硝酸得電子數(shù)為0.03mol×2×4=0.24mol，此時(shí)得失電子守恒，故可知硝酸的還原產(chǎn)物為N₂O，故答案為：NH₄⁺或NH₄NO₃；N₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題以鐵與硝酸的反應(yīng)為載體，探究硝酸的還原產(chǎn)物，涉及實(shí)驗(yàn)的基本操作及混合物的分離提純，另外還考查了氧化還原反應(yīng)的分析，特別是電子守恒定律規(guī)律的應(yīng)用及計(jì)算，整體屬基礎(chǔ)性考查，難度不大，重在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．