Question

10．某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：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{\;\;△\;\;}}{\;}$2NaNO₂+O₂↑；
（2）Mg→Cu等较活泼金属的硝酸盐分解生成氧化物、NO₂和O₂，如：2Cu（NO₃）₂$\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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Ag+2NO₂↑+O₂↑．
Ⅱ．实验探究，在实验的基础上得到相关结论：
【实验一】探究Fe（NO₃）₂热分解固体产物中Fe元素的价态．该小组甲同学将Fe（NO₃）₂热分解固体产物溶于足量的稀H₂SO₄，将得到的溶液分成两份，进行以下探究实验．
（1）提出猜想：
猜想一：Fe元素只显+2价；
猜想二：Fe元素只显+3价；
猜想三：Fe元素既有+2价又有+3价．
（2）实验操作：①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②向另一份溶液中滴入酸性高锰酸钾溶液．
（3）实验现象：实验①溶液呈血红色；实验②溶液不褪色．
（4）实验结论：猜想二成立，Fe（NO₃）₂分解的化学方程式是4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑．
【实验二】探究Fe（NO₃）₂热分解气体产物的性质．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（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27mL红棕色气体
（2）丙同学取等质量的Fe（NO₃）₂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（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．

Answer 1

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（NO₃）₂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（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】
（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（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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；
【实验二】
（2）若用排水法收集时，4NO₂～O₂可恰好进入溶液中，由4Fe（NO₃）₂$\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{\;\;△\;\;}}{\;}$2KNO₂↑+O₂↑；2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑； 2Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体，说明三个反应中生成的气体物质的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，Cu（NO₃）₂受热分解的气体产物恰好符合物质的量之比n（NO₂）：n（O₂）=4：1，所以其量为任意值，而KNO₃和Fe（NO₃）₂按物质的量比为1：2混合受热分解的气体恰好符合n（NO₂）：n（O₂）=4：1进入溶液，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物质的量比为1：2：2，
故答案为：B；
（2）按B选项，KNO₃、Cu（NO₃）₂、Fe（NO₃）₂的物质的量之比1：2：2，则1 mol混合物中，n（NO₃^-）=（0.2+0.4×2+0.4×2）mol=1.8mol，200mL 3mol•L^-1的硫酸中，氢离子的物质的量为1.2mol，所以在离子反应中氢离子不足量，溶于硫酸溶液后和Cu反应，设能溶解Cu的质量为x，则
3Cu～2NO₃^-～8H⁺
192g   2mol   8mol
x     1.8mol  1.2mol
x=$\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．