题目内容
【题目】某小组以亚硝酸钠(NaNO2)溶液为研究对象,探究NO2-的性质。
实验 | 试剂 | 编号及现象 | |
滴管 | 试管 | ||
2mL | 1%酚酞溶液 | 1 mol·L-1 NaNO2溶液 | 实验I:溶液变为浅红色,微热后红色加深 |
1 mol·L-1 NaNO2溶液 | 0.1 mol·L-1 KMnO4 溶液 | 实验II:开始无明显变化,向溶液中滴加稀硫酸后紫色褪去 | |
KSCN溶液 | 1 mol·L-1 FeSO4 溶液(pH=3) | 实验III:无明显变化 | |
1 mol·L-1 NaNO2溶液 | 1 mol·L-1 FeSO4 溶液(pH=3) | 实验IV:溶液先变黄,后迅速变为棕色,滴加KSCN溶液变红 |
资料:[Fe(NO)]2+在溶液中呈棕色。
(1)结合化学用语解释实验I“微热后红色加深”的原因 ______
(2)实验II证明NO2-具有_____性, 从原子结构角度分析原因_________
(3)探究实验IV中的棕色溶液
①为确定棕色物质是NO与Fe2+,而非Fe3+发生络合反应的产物,设计如下实验,请补齐实验方案。
实验 | 溶液a | 编号及现象 |
1 mol·L-1FeSO4溶液(pH=3) | i.溶液由___色迅速变为___色 | |
____________________ | ii.无明显变化 |
②加热实验IV中的棕色溶液,有气体逸出,该气体在接近试管口处变为红棕色,溶液中有红褐色沉淀生成。解释上述现象产生的原因_________。
(4)络合反应导致反应物浓度下降,干扰实验IV中氧化还原反应发生及产物检验。小组同学设计实验V:将K闭合后电流表指针发生偏转,向左侧滴加醋酸后偏转幅度增大。
①盐桥的作用是____________________________
②电池总反应式为______________________
实验结论:NO2-在一定条件下体现氧化性或还原性,氧还性强弱与溶液酸碱性等因素有关。
【答案】NO2-发生水解反应NO2-+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深 还原性 N原子最外层5个电子(可用原子结构示意图表示),+3价不稳定,易失电子,体现还原性 浅绿色 棕色 0.5mol·L1Fe2(SO4)3溶液(pH=3) 棕色溶液中的[Fe(NO)]2+受热生成NO和Fe2+,NO被空气氧化为NO2,加热有利于Fe2+被氧化为Fe3+,促进Fe3+水解,产生Fe(OH)3沉淀 阻碍Fe2+与NO接触,避免络合反应发生 Fe2+ +NO2-+2H+= Fe3+ +NO↑+H2O
【解析】
(1)根据实验I的现象说明NaNO2为强碱弱酸盐,NO2-发生水解反应NO2-+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深;
(2)N原子最外层5个电子,NO2-中N为+3价不稳定,易失电子,体现还原性;
(3)①若要证明棕色物质是NO与Fe2+,而非Fe3+发生络合反应的产物,需要作对照实验,即向pH均为3,含Fe2+和Fe3+浓度均为1mol/L的FeSO4溶液和Fe2(SO4)3溶液中通入NO,若通入FeSO4溶液出现溶液由浅绿色迅速变为棕色,而通入Fe2(SO4)3溶液无现象,则可证明;
②加热实验IV中的棕色溶液,有气体逸出,该气体在接近试管口处变为红棕色,说明加热后生成了NO气体;溶液中有红褐色沉淀生成,说明生成了Fe(OH)3,据此解答;
(4)①将K闭合后电流表指针发生偏转,向左侧滴加醋酸后偏转幅度增大,由图可知,该装置构成了原电池,两电极分别产生NO和Fe3+,U形管中间盐桥的作用是阻碍Fe2+与NO接触,避免络合反应发生;
②两电极反应式相加得总反应式。
(1)根据实验I的现象说明NaNO2为强碱弱酸盐,NO2-发生水解反应NO2-+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深,所以在2mL1 mol·L-1 NaNO2溶液中滴加酚酞溶液出现溶液变为浅红色,微热后红色加深,
故答案为:NO2-发生水解反应NO2-+H2OHNO2+OH-,温度升高水解平衡正向移动,碱性增强,溶液红色加深;
(2)根据实验II说明NaNO2溶液与KMnO4 溶液在酸性条件下发生氧化还原反应而使KMnO4 溶液的紫色褪去,即KMnO4被还原,说明NO2-具有还原性。NO2-具有还原性的原因是:N原子最外层5个电子(可用原子结构示意图表示),+3价不稳定,易失电子,体现还原性,
故答案为:还原性;N原子最外层5个电子(可用原子结构示意图表示),+3价不稳定,易失电子,体现还原性;
(3)①实验IV在FeSO4 溶液(pH=3)中滴加NaNO2溶液,溶液先变黄,后迅速变为棕色,滴加KSCN溶液变红,说明有Fe3+生成,NO2-被还原为NO。若要证明棕色物质是是NO与Fe2+,而非Fe3+发生络合反应的产物,需要作对照实验,即向pH均为3,含Fe2+和Fe3+浓度均为1mol/L的FeSO4溶液和Fe2(SO4)3溶液中通入NO,若通入FeSO4溶液出现溶液由浅绿色迅速变为棕色,而通入Fe2(SO4)3溶液无现象,则可证明;
故答案为:浅绿色;棕色;0.5mol·L1Fe2(SO4)3溶液(pH=3);
②加热实验IV中的棕色溶液,有气体逸出,该气体在接近试管口处变为红棕色,说明加热后生成了NO气体;溶液中有红褐色沉淀生成,说明生成了Fe(OH)3,原因是棕色溶液中的[Fe(NO)]2+受热生成NO和Fe2+,NO被空气氧化为NO2,加热有利于Fe2+被氧化为Fe3+,促进Fe3+水解,产生Fe(OH)3沉淀,
故答案为:棕色溶液中的span>[Fe(NO)]2+受热生成NO和Fe2+,NO被空气氧化为NO2,加热有利于Fe2+被氧化为Fe3+,促进Fe3+水解,产生Fe(OH)3沉淀;
(4)①将K闭合后电流表指针发生偏转,向左侧滴加醋酸后偏转幅度增大,由图可知,该装置构成了原电池,两电极分别产生NO和Fe3+,U形管中间盐桥的作用是阻碍Fe2+与NO接触,避免络合反应发生;
故答案为:阻碍Fe2+与NO接触,避免络合反应发生;
②该原电池负极反应为:Fe2+-e-= Fe3+,正极反应为NO2-+e-+2H+=NO↑+H2O,所以电池总反应式为Fe2+ +NO2-+2H+= Fe3+ +NO↑+H2O;
故答案为:Fe2+ +NO2-+2H+= Fe3+ +NO↑+H2O。