Question

9．某校化学兴趣小组的同学为探究Fe（NO₃）₂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，获取了相关知识信息：
金属的活泼性不同，其硝酸盐分解产物不同，依据金属活动顺序表：
（1）K→Na等活泼金属的硝酸盐分解生成亚硝酸盐和氧气，
如：2NaNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaNO₂+O₂↑；
（2）Mg→Cu等较活泼金属的硝酸盐分解生成氧化物、NO₂和O₂，
如：2Cu（NO₃）₂$\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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO₂↑+O₂↑．
Ⅱ．实验探究，在实验的基础上得到相关结论：
【实验一】探究Fe（NO₃）₂热分解固体产物中Fe元素的价态．该小组甲同学将Fe（NO₃）₂热分解固体产物溶于足量的稀H₂SO₄得到相应两份溶液，进行以下探究实验．
（1）提出猜想：猜想一：Fe元素只显+2价；
猜想二：Fe元素只显+3价；
猜想三：Fe元素既有+2价又有+3价．
（2）实验操作：①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②向另一份溶液中滴入KMnO₄溶液．
（3）实验现象：实验①溶液呈血红色；实验②KMnO₄溶液颜色不褪色．
（4）实验结论：猜想二成立，Fe（NO₃）₂分解的化学方程式是4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑．
【实验二】探究Fe（NO₃）₂热分解气体产物的性质．小组乙、丙同学进行了如下图所示的实验（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（NO₃）₂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54mL红棕色气体，要从水槽中取出量筒，
乙同学的正确操作方法是用玻璃片在水槽里盖好量筒口，用食指摁紧玻璃片，将量筒从水槽中取出，正放在试验台上．
（2）丙同学取等质量的Fe（NO₃）₂同样条件下热分解，并使用Ⅱ装置收集气体产物，可收集到8mL气体．
【实验三】探究固体混合物的组成和特征．
（1）小组丁同学取KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂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（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物质的量之比可能是C
（填字母序号）．
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体硝酸盐1mol溶于100mL 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14.4g．

Answer 1

分析 【实验一】
（1）Fe是典型的变价金属，有+2价、+3价，分解后，Fe可能只显+2价，可能只显+3价，也可能既有+2价也有+3价；
（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（NO₃）₂热分解生成了氧化铁，二氧化氮和氧气，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【实验二】
（1）由于NO₂和的密度均大于空气，所以将量筒从水槽中取出，正放在试验台上；
（2）由4Fe（NO₃）₂$\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{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\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（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂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】
（1）Fe是典型的变价金属，有+2价、+3价，分解后，Fe可能只显+2价，可能只显+3价，也可能既有+2价也有+3价，
故答案为：+3；既有+2价又有+3价；
（2）Fe³⁺能和SCN^-生成络合物，使溶液呈现血红色现象明显，这一反应是Fe³⁺的特征反应，所以用KSCN溶液检验铁离子，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：KSCN溶液；
（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，铁离子和高锰酸根离子不反应，所以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：KMnO₄溶液不褪色；
（4）猜想二成立，Fe（NO₃）₂热分解生成了氧化铁，二氧化氮和氧气，方程式：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，
故答案为：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【实验二】
（1）将收集气体的量筒从水槽中取出的方法是用玻璃片在水槽里盖好量筒口，用食指摁紧玻璃片，由于NO₂和的密度均大于空气，所以将量筒从水槽中取出，正放在试验台上，
故答案为：用玻璃片在水槽里盖好量筒口，用食指摁紧玻璃片，将量筒从水槽中取出，正放在试验台上；
（2）若用排水法收集时，4NO₂～O₂可恰好进入溶液中，由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知产生NO₂和O₂的体积比为8：1，则54ml气体中有24ml NO₂和6ml O₂恰好进入溶液，另外24ml NO₂溶于水产生8ml NO，则收集到的气体为8ml 气体，
故答案为：8；
【实验三】（1）根据三个反应2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体，说明三个反应中生成的气体物质的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，Cu（NO₃）₂受热分解的气体产物恰好符合物质的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，所以其量为任意值，而KNO₃和2Fe（NO₃）₂按物质的量比为1：2混合受热分解的气体恰好符合n（NO₂）：n（O₂）=4：1进入溶液，
故答案为：C；
（2）按C选项，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物质的量之比1：2：2，则1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，
溶于硫酸溶液后和Cu反应，设能溶解Cu的质量为x，则
3Cu～2NO₃^-～8H⁺
192g 2mol 8mol
x 1.8mol 0.6mol
x=$\frac{0.6mol}{8nol}$=14.4g，
故答案为：14.4．

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，题目难度中等，计算Cu的质量时注意硝酸根离子是过量的．