Question

14． 固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂，某学习小组以Fe（NO₃）₂为研究对象，通过实验探究其热分解的产物，查阅资料，根据硝酸盐受热分解的规律，提出如下4种猜想：
甲：Fe₂O₃、NO₂ 乙：Fe₂O₃、NO₂、O₂丙：Fe₃O₄、NO₂、O₂ 丁：FeO、NO₂、N₂
（1）实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是不符合氧化还原反应原理．
针对上述猜想，设计如图16所示的实验装置（图中加热、夹持仪器等均省略）：
（2）实验过程
①仪器连接后，放人固体试剂之前，应检验装置的气密性
②称取Fe（NO₃）₂固体3.6g置于A中，加热前先打开K，通入N₂充满整个装置，后再关闭K，用酒精灯加热
③观察到A中有红棕色气体出现，C、D中未见明显变化．
④待样品完全分解，A装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.6g
⑤取少量剩余固体于试管中，加人适量水，未见明显现象．
（3）实验结果分析讨论：
①根据实验现象和剩余固体的质量经分析，可初步确认分解产物中有Fe₂O₃、NO₂．
②根据D中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O₂，因为若有O₂，D中溶液颜色会退去；另一个同学认定分解产物中有O₂存在，未检侧到的原因是O₂在通过装置B时已参与反应．
③为了验证是否有O₂，某同学另称Fe（NO₃）₂固体3.6g，充分加热，收集气体，假设产生的气体全部收集，将集满气体的试管倒放在水槽中，观察到的现象是红棕色消失，液面上升，进入试管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，通入一定量的O₂后，气体全部被吸收，请写出Fe（NO₃）₂受热分解的化学方程式4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，通入O₂的物质的量为0.0025mol．
④小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究．写一点不足之处：在A和B处加一个防倒吸的装置或者产生的气体不易收集．

Answer 1

分析 （1）根据氧化还原反应化合价升降相等判断；
（2）①反应前检验装置的气密性；
②甲、乙、丙中都有氧气，避免空气中氧气干扰；
（3）①以Fe（NO₃）₂为研究对象，称取Fe（NO₃）₂固体3.6g置于A中，观察到A中有红棕色气体出现为二氧化氮，C、D中未见明显变化．待样品完全分解，A装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.6g，取少量剩余固体于试管中，加人适量水，未见明显现象，说明生成氧化铁；
②D中亚硫酸钠具有还原性，能够和氧气反应生成硫酸钠，溶液褪色；二氧化氮和氢氧化钠溶液反应生成一氧化氮，一氧化氮会消耗氧气；
③某同学另称Fe（NO₃）₂固体3.6g，充分加热，收集气体，假设产生的气体全部收集，将集满气体的试管倒放在水槽中，观察到的现象是红棕色消失，液面上升，进入试管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，NO₂和O₂按4：1完全溶于溶液中，说明硝酸铁受热分解生成二氧化氮、氧气且二氧化氮和氧气比值大于4：1，通入一定量的O₂后，一氧化氮气体全部被吸收，NO和O₂按照4：3生成硝酸，结合化学方程式定量关系计算；
④AB装置间易发生倒吸；

解答 解：（1）由于产物中化合价只有降低情况，没有升高，不满足氧化还原反应的特征，
故答案为：不符合氧化还原反应原理；
（2）①实验前需要检验装置的气密性，方法是关闭k，微热硬质玻璃管（A），观察到E中有气泡连续放出，证明装置气密性良好，
故答案为：检验装置的气密性；
②由于甲乙丙猜想中产物都有氧气，没有氮气，用氮气排出装置中空气避免对产物氧气检验的干扰，称取Fe（NO₃）₂固体3.6g置于A中，加热前先打开K，通入N₂充满整个装置，后再关闭K，用酒精灯加热，
故答案为：通入N₂充满整个装置；
（3）①以Fe（NO₃）₂为研究对象，称取Fe（NO₃）₂固体3.6g置于A中，观察到A中有红棕色气体出现为二氧化氮，C、D中未见明显变化．待样品完全分解，A装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.6g，取少量剩余固体于试管中，加人适量水，未见明显现象，说明生成氧化铁，根据实验现象和剩余固体的质量经分析，可初步确认分解产物中有Fe₂O₃、NO₂，
故答案为：Fe₂O₃、NO₂；
②亚硫酸钠和氧气的反应，反应方程式是：2Na₂SO₃+O₂=2Na₂SO₄，在B装置中，二氧化氮和氢氧化钠溶液反应生成一氧化氮，生成的一氧化氮消耗了氧气，
故答案为：O₂在通过装置B时已参与反应；
③Fe（NO₃）₂固体3.6g，物质的量n=$\frac{3.6g}{360g/mol}$=0.01mol，氮元素化合价+5价变化为+4价，氧元素化合价-2价变化为0价，生成1molO₂电子转移4mol，生成NO2应为4mol，但将集满气体的试管倒放在水槽中，观察到的现象是红棕色消失，液面上升，进入试管中的溶液大于$\frac{2}{3}$，通入一定量的O₂后，气体全部被吸收，说明二氧化氮和氧气物质的量之比大于4，：1，说明铁+2价变化为+3价，电子守恒和原子守恒得到化学方程式为：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，3.6g硝酸铁反应生成NO₂0.02mol，和0.0025molO₂，溶于水剩余NO₂0.01mol，全部溶于水需要再通入0.0025mol，
故答案为：4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑； 0.0025mol；
④小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究，在A和B处加一个防倒吸的装置或者产生的气体不易收集，
故答案为：在A和B处加一个防倒吸的装置或者产生的气体不易收集；

点评 本题探究硝酸镁分解产物，提出假想，通过实验验证，涉及了化学方程式的书写、加热操作的考查，题目难度中等．