Question

14． 固體硝酸鹽加熱易分解且產(chǎn)物較復(fù)雜，某學(xué)習(xí)小組以Fe（NO₃）₂為研究對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)探究其熱分解的產(chǎn)物，查閱資料，根據(jù)硝酸鹽受熱分解的規(guī)律，提出如下4種猜想：
甲：Fe₂O₃、NO₂ 乙：Fe₂O₃、NO₂、O₂丙：Fe₃O₄、NO₂、O₂ �。篎eO、NO₂、N₂
（1）實(shí)驗(yàn)前，小組成員經(jīng)討論認(rèn)定猜想丁不成立，理由是不符合氧化還原反應(yīng)原理．
針對(duì)上述猜想，設(shè)計(jì)如圖16所示的實(shí)驗(yàn)裝置（圖中加熱、夾持儀器等均省略）：
（2）實(shí)驗(yàn)過程
①儀器連接后，放人固體試劑之前，應(yīng)檢驗(yàn)裝置的氣密性
②稱取Fe（NO₃）₂固體3.6g置于A中，加熱前先打開K，通入N₂充滿整個(gè)裝置，后再關(guān)閉K，用酒精燈加熱
③觀察到A中有紅棕色氣體出現(xiàn)，C、D中未見明顯變化．
④待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測(cè)得剩余固體的質(zhì)量為1.6g
⑤取少量剩余固體于試管中，加人適量水，未見明顯現(xiàn)象．
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論：
①根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析，可初步確認(rèn)分解產(chǎn)物中有Fe₂O₃、NO₂．
②根據(jù)D中無(wú)明顯現(xiàn)象，一位同學(xué)認(rèn)為不能確認(rèn)分解產(chǎn)物中有O₂，因?yàn)槿粲蠴₂，D中溶液顏色會(huì)退去；另一個(gè)同學(xué)認(rèn)定分解產(chǎn)物中有O₂存在，未檢側(cè)到的原因是O₂在通過裝置B時(shí)已參與反應(yīng)．
③為了驗(yàn)證是否有O₂，某同學(xué)另稱Fe（NO₃）₂固體3.6g，充分加熱，收集氣體，假設(shè)產(chǎn)生的氣體全部收集，將集滿氣體的試管倒放在水槽中，觀察到的現(xiàn)象是紅棕色消失，液面上升，進(jìn)入試管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，通入一定量的O₂后，氣體全部被吸收，請(qǐng)寫出Fe（NO₃）₂受熱分解的化學(xué)方程式4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，通入O₂的物質(zhì)的量為0.0025mol．
④小組討論后達(dá)成的共識(shí)是上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仍不完善，需改進(jìn)裝置進(jìn)一步研究．寫一點(diǎn)不足之處：在A和B處加一個(gè)防倒吸的裝置或者產(chǎn)生的氣體不易收集．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)氧化還原反應(yīng)化合價(jià)升降相等判斷；
（2）①反應(yīng)前檢驗(yàn)裝置的氣密性；
②甲、乙、丙中都有氧氣，避免空氣中氧氣干擾；
（3）①以Fe（NO₃）₂為研究對(duì)象，稱取Fe（NO₃）₂固體3.6g置于A中，觀察到A中有紅棕色氣體出現(xiàn)為二氧化氮，C、D中未見明顯變化．待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測(cè)得剩余固體的質(zhì)量為1.6g，取少量剩余固體于試管中，加人適量水，未見明顯現(xiàn)象，說明生成氧化鐵；
②D中亞硫酸鈉具有還原性，能夠和氧氣反應(yīng)生成硫酸鈉，溶液褪色；二氧化氮和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成一氧化氮，一氧化氮會(huì)消耗氧氣；
③某同學(xué)另稱Fe（NO₃）₂固體3.6g，充分加熱，收集氣體，假設(shè)產(chǎn)生的氣體全部收集，將集滿氣體的試管倒放在水槽中，觀察到的現(xiàn)象是紅棕色消失，液面上升，進(jìn)入試管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，NO₂和O₂按4：1完全溶于溶液中，說明硝酸鐵受熱分解生成二氧化氮、氧氣且二氧化氮和氧氣比值大于4：1，通入一定量的O₂后，一氧化氮?dú)怏w全部被吸收，NO和O₂按照4：3生成硝酸，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算；
④AB裝置間易發(fā)生倒吸；

解答 解：（1）由于產(chǎn)物中化合價(jià)只有降低情況，沒有升高，不滿足氧化還原反應(yīng)的特征，
故答案為：不符合氧化還原反應(yīng)原理；
（2）①實(shí)驗(yàn)前需要檢驗(yàn)裝置的氣密性，方法是關(guān)閉k，微熱硬質(zhì)玻璃管（A），觀察到E中有氣泡連續(xù)放出，證明裝置氣密性良好，
故答案為：檢驗(yàn)裝置的氣密性；
②由于甲乙丙猜想中產(chǎn)物都有氧氣，沒有氮?dú)�，用氮�(dú)馀懦鲅b置中空氣避免對(duì)產(chǎn)物氧氣檢驗(yàn)的干擾，稱取Fe（NO₃）₂固體3.6g置于A中，加熱前先打開K，通入N₂充滿整個(gè)裝置，后再關(guān)閉K，用酒精燈加熱，
故答案為：通入N₂充滿整個(gè)裝置；
（3）①以Fe（NO₃）₂為研究對(duì)象，稱取Fe（NO₃）₂固體3.6g置于A中，觀察到A中有紅棕色氣體出現(xiàn)為二氧化氮，C、D中未見明顯變化．待樣品完全分解，A裝置冷卻至室溫、稱量，測(cè)得剩余固體的質(zhì)量為1.6g，取少量剩余固體于試管中，加人適量水，未見明顯現(xiàn)象，說明生成氧化鐵，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析，可初步確認(rèn)分解產(chǎn)物中有Fe₂O₃、NO₂，
故答案為：Fe₂O₃、NO₂；
②亞硫酸鈉和氧氣的反應(yīng)，反應(yīng)方程式是：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，在B裝置中，二氧化氮和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成一氧化氮，生成的一氧化氮消耗了氧氣，
故答案為：O₂在通過裝置B時(shí)已參與反應(yīng)；
③Fe（NO₃）₂固體3.6g，物質(zhì)的量n=$\frac{3.6g}{360g/mol}$=0.01mol，氮元素化合價(jià)+5價(jià)變化為+4價(jià)，氧元素化合價(jià)-2價(jià)變化為0價(jià)，生成1molO₂電子轉(zhuǎn)移4mol，生成NO2應(yīng)為4mol，但將集滿氣體的試管倒放在水槽中，觀察到的現(xiàn)象是紅棕色消失，液面上升，進(jìn)入試管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，通入一定量的O₂后，氣體全部被吸收，說明二氧化氮和氧氣物質(zhì)的量之比大于4，：1，說明鐵+2價(jià)變化為+3價(jià)，電子守恒和原子守恒得到化學(xué)方程式為：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，3.6g硝酸鐵反應(yīng)生成NO₂0.02mol，和0.0025molO₂，溶于水剩余NO₂0.01mol，全部溶于水需要再通入0.0025mol，
故答案為：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑； 0.0025mol；
④小組討論后達(dá)成的共識(shí)是上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仍不完善，需改進(jìn)裝置進(jìn)一步研究，在A和B處加一個(gè)防倒吸的裝置或者產(chǎn)生的氣體不易收集，
故答案為：在A和B處加一個(gè)防倒吸的裝置或者產(chǎn)生的氣體不易收集；

點(diǎn)評(píng) 本題探究硝酸鎂分解產(chǎn)物，提出假想，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，涉及了化學(xué)方程式的書寫、加熱操作的考查，題目難度中等．