Question

10．某化學興趣小組的同學為探究Fe（NO₃）₂等硝酸鹽熱分解產(chǎn)物和產(chǎn)物的性質(zhì)，他們開展了如下探究性學習．
Ⅰ．查閱資料：金屬的活潑性不同，其硝酸鹽分解產(chǎn)物不同，依據(jù)金屬活動順序：
（1）K→Na等活潑金屬的硝酸鹽分解生成亞硝酸和氧氣，
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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO₂↑+O₂↑．
Ⅱ．實驗探究，在實驗的基礎(chǔ)上得到相關(guān)結(jié)論：
【實驗一】探究Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物中Fe元素的價態(tài)．該小組甲同學將Fe（NO₃）₂熱分解固體產(chǎn)物溶于足量的稀H₂SO₄，將得到的溶液分成兩份，進行以下探究實驗．
（1）提出猜想：
猜想一：Fe元素只顯+2價；
猜想二：Fe元素只顯+3價；
猜想三：Fe元素既有+2價又有+3價．
（2）實驗操作：①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②向另一份溶液中滴入酸性高錳酸鉀溶液．
（3）實驗現(xiàn)象：實驗①溶液呈血紅色；實驗②溶液不褪色．
（4）實驗結(jié)論：猜想二成立，F(xiàn)e（NO₃）₂分解的化學方程式是4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑．
【實驗二】探究Fe（NO₃）₂熱分解氣體產(chǎn)物的性質(zhì)．乙、丙同學進行了如圖所示的實驗（收集時操作恰當，幾乎沒有空氣）：
實驗步驟：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）乙同學使用Ⅰ裝置收集氣體，恰好收集到27mL紅棕色氣體
（2）丙同學取等質(zhì)量的Fe（NO₃）₂在同樣條件下熱分解，并使用Ⅱ裝置收集氣體產(chǎn)物，可收集到4 mL氣體．
【實驗三】探究固體混合物的組成和特征．
（1）丁同學取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B（填選項字母）．
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體硝酸鹽1mol溶于200mL 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28.8 g．

Answer 1

分析 【實驗一】
（2）檢驗鐵離子用KSCN溶液，觀察是否溶液變紅，檢驗亞鐵離子可用酸性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，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應變紅，向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無明顯變化；
（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，據(jù)此書寫化學方程式；
【實驗二】
（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；
【實驗三】
（1）根據(jù)三個反應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，說明三個反應中生成的氣體物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，通過選項答案驗證；
（2）按C選項，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)系計算Cu的質(zhì)量．

解答 解：【實驗一】
（2）檢驗鐵離子用KSCN溶液，觀察是否溶液變紅，檢驗亞鐵離子可用酸性KMnO₄稀溶液，觀察KMnO₄溶液是否褪色，
故答案為：酸性高錳酸鉀；
（3）若猜想二成立，鐵元素只顯+3價，則在溶液中加入KSCN溶液，溶液應變紅，向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液，KMnO₄溶液顏色無明顯變化，
故答案為：溶液呈血紅色；
（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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【實驗二】
（2）若用排水法收集時，4NO₂～O₂可恰好進入溶液中，由4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑可知產(chǎn)生NO₂和O₂的體積比為8：1，則27ml氣體中有12ml NO₂和3ml O₂恰好進入溶液，另外12ml NO₂溶于水產(chǎn)生4ml NO，則收集到的氣體為4ml氣體，
故答案為：4；
【實驗三】（1）根據(jù)三個反應2KNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加熱后用排水法未收集到任何氣體，說明三個反應中生成的氣體物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，Cu（NO₃）₂受熱分解的氣體產(chǎn)物恰好符合物質(zhì)的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，所以其量為任意值，而KNO₃和Fe（NO₃）₂按物質(zhì)的量比為1：2混合受熱分解的氣體恰好符合n（NO₂）：n（O₂）=4：1進入溶液，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量比為1：2：2，
故答案為：B；
（2）按B選項，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物質(zhì)的量之比1：2：2，則1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，200mL 3mol•L^-1的硫酸中，氫離子的物質(zhì)的量為1.2mol，所以在離子反應中氫離子不足量，溶于硫酸溶液后和Cu反應，設(shè)能溶解Cu的質(zhì)量為x，則
3Cu～2NO₃^-～8H⁺
192g   2mol   8mol
x     1.8mol  1.2mol
x=$\frac{1.2mol}{8mol}$×192g=28.8g
故答案為：28.8．

點評 本題考查了鐵及其重要化合物的性質(zhì)實驗方案設(shè)計，側(cè)重于離子檢驗、設(shè)計實驗方案及操作、混合物的計算，綜合性較強，難度較大，計算Cu的質(zhì)量時注意硝酸根離子是過量的．