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10.某化学兴趣小组的同学为探究Fe(NO32等硝酸盐热分解产物和产物的性质,他们开展了如下探究性学习.
Ⅰ.查阅资料:金属的活泼性不同,其硝酸盐分解产物不同,依据金属活动顺序:
(1)K→Na等活泼金属的硝酸盐分解生成亚硝酸和氧气,
如:2NaNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaNO2+O2↑;
(2)Mg→Cu等较活泼金属的硝酸盐分解生成氧化物、NO2和O2,如:2Cu(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO2↑+O2↑;
(3)Hg以后不活泼金属的硝酸盐分解生成金属、NO2和O2,如:2AgNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO2↑+O2↑.
Ⅱ.实验探究,在实验的基础上得到相关结论:
【实验一】探究Fe(NO32热分解固体产物中Fe元素的价态.该小组甲同学将Fe(NO32热分解固体产物溶于足量的稀H2SO4,将得到的溶液分成两份,进行以下探究实验.
(1)提出猜想:
猜想一:Fe元素只显+2价;
猜想二:Fe元素只显+3价;
猜想三:Fe元素既有+2价又有+3价.
(2)实验操作:①向一份溶液中滴入KSCN溶液;②向另一份溶液中滴入酸性高锰酸钾溶液.
(3)实验现象:实验①溶液呈血红色;实验②溶液不褪色.
(4)实验结论:猜想二成立,Fe(NO32分解的化学方程式是4Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8NO2↑+O2↑.
【实验二】探究Fe(NO32热分解气体产物的性质.乙、丙同学进行了如图所示的实验(收集时操作恰当,几乎没有空气):
实验步骤:①连接仪器;②检查装置气密性;③取一定质量Fe(NO32装于大试管中,并重新连接好仪器;④加热;⑤…
(1)乙同学使用Ⅰ装置收集气体,恰好收集到27mL红棕色气体
(2)丙同学取等质量的Fe(NO32在同样条件下热分解,并使用Ⅱ装置收集气体产物,可收集到4 mL气体.
【实验三】探究固体混合物的组成和特征.
(1)丁同学取KNO3、Cu(NO32、Fe(NO32的混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体,则KNO3、Cu(NO32、Fe(NO32的物质的量之比可能是B(填选项字母).
A.1:2:3    B.1:2:2      C.2:1:3    D.3:8:5
(2)若取按上述比例混合的固体硝酸盐1mol溶于200mL 3mol•L-1的硫酸中,再向溶液中加入铜片,可溶解的铜的最大质量为28.8 g.

分析 【实验一】
(2)检验铁离子用KSCN溶液,观察是否溶液变红,检验亚铁离子可用酸性KMnO4稀溶液,观察KMnO4溶液是否褪色;
(3)若猜想二成立,铁元素只显+3价,则在溶液中加入KSCN溶液,溶液应变红,向另一份溶液中滴入酸性KMnO4稀溶液,KMnO4溶液颜色无明显变化;
(4)猜想二成立,Fe(NO32热分解生成了氧化铁,二氧化氮和氧气,据此书写化学方程式;
【实验二】
(2)由4Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Fe2O3+8NO2↑+O2↑可知产生NO2和O2的体积比为8:1,而4NO2~O2可恰好进入溶液中,剩余的NO2溶于水产生NO,因此收集到的气体为NO;
【实验三】
(1)根据三个反应2KNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO2↑+O2↑;2Cu(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO2↑+O2↑; 2Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2O3+8NO2↑+O2↑,混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体,说明三个反应中生成的气体物质的量之比n(NO2):n(O2)=4:1,通过选项答案验证;
(2)按C选项,KNO3、Cu(NO32、Fe(NO32的物质的量之比1:2:2,则1 mol混合物中,n(NO3-)=(0.2+0.4×2+0.4×2)mol=1.8mol,根据3Cu~2NO3-~8H+关系计算Cu的质量.

解答 解:【实验一】
(2)检验铁离子用KSCN溶液,观察是否溶液变红,检验亚铁离子可用酸性KMnO4稀溶液,观察KMnO4溶液是否褪色,
故答案为:酸性高锰酸钾;
(3)若猜想二成立,铁元素只显+3价,则在溶液中加入KSCN溶液,溶液应变红,向另一份溶液中滴入酸性KMnO4稀溶液,KMnO4溶液颜色无明显变化,
故答案为:溶液呈血红色;
(4)猜想二成立,Fe(NO32热分解生成了氧化铁,二氧化氮和氧气,方程式:4Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8NO2↑+O2↑,
故答案为:4Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe2O3+8NO2↑+O2↑;
【实验二】
(2)若用排水法收集时,4NO2~O2可恰好进入溶液中,由4Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Fe2O3+8NO2↑+O2↑可知产生NO2和O2的体积比为8:1,则27ml气体中有12ml NO2和3ml O2恰好进入溶液,另外12ml NO2溶于水产生4ml NO,则收集到的气体为4ml气体,
故答案为:4;
【实验三】(1)根据三个反应2KNO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO2↑+O2↑;2Cu(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO2↑+O2↑; 2Fe(NO32$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2O3+8NO2↑+O2↑,混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体,说明三个反应中生成的气体物质的量之比n(NO2):n(O2)=4:1,Cu(NO32受热分解的气体产物恰好符合物质的量之比n(NO2):n(O2)=4:1,所以其量为任意值,而KNO3和Fe(NO32按物质的量比为1:2混合受热分解的气体恰好符合n(NO2):n(O2)=4:1进入溶液,KNO3、Cu(NO32、Fe(NO32的物质的量比为1:2:2,
故答案为:B;
(2)按B选项,KNO3、Cu(NO32、Fe(NO32的物质的量之比1:2:2,则1 mol混合物中,n(NO3-)=(0.2+0.4×2+0.4×2)mol=1.8mol,200mL 3mol•L-1的硫酸中,氢离子的物质的量为1.2mol,所以在离子反应中氢离子不足量,溶于硫酸溶液后和Cu反应,设能溶解Cu的质量为x,则
3Cu~2NO3-~8H+
192g   2mol   8mol
x     1.8mol  1.2mol
x=$\frac{1.2mol}{8mol}$×192g=28.8g
故答案为:28.8.

点评 本题考查了铁及其重要化合物的性质实验方案设计,侧重于离子检验、设计实验方案及操作、混合物的计算,综合性较强,难度较大,计算Cu的质量时注意硝酸根离子是过量的.

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(2)结晶过程中需要加热蒸发溶剂,加热到B(填字母)时,停止加热,冷却结晶.
A.沸腾  B.液体表面出现晶膜
C.析出少量晶体  D.快蒸干,还有少量液体
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