Question

14． 固體硝酸鹽加熱易分解且產(chǎn)物較復雜，某學習小組以Fe（NO₃）₂為研究對象，通過實驗探究其熱分解的產(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 丁：FeO、NO₂、N₂
（1）實驗前，小組成員經(jīng)討論認定猜想丁不成立，理由是不符合氧化還原反應(yīng)原理．
針對上述猜想，設(shè)計如圖16所示的實驗裝置（圖中加熱、夾持儀器等均省略）：
（2）實驗過程
①儀器連接后，放人固體試劑之前，應(yīng)檢驗裝置的氣密性
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）實驗結(jié)果分析討論：
①根據(jù)實驗現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析，可初步確認分解產(chǎn)物中有Fe₂O₃、NO₂．
②根據(jù)D中無明顯現(xiàn)象，一位同學認為不能確認分解產(chǎn)物中有O₂，因為若有O₂，D中溶液顏色會退去；另一個同學認定分解產(chǎn)物中有O₂存在，未檢側(cè)到的原因是O₂在通過裝置B時已參與反應(yīng)．
③為了驗證是否有O₂，某同學另稱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，請寫出Fe（NO₃）₂受熱分解的化學方程式4Fe（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑，通入O₂的物質(zhì)的量為0.0025mol．
④小組討論后達成的共識是上述實驗設(shè)計仍不完善，需改進裝置進一步研究．寫一點不足之處：在A和B處加一個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)化合價升降相等判斷；
（2）①反應(yīng)前檢驗裝置的氣密性；
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，一氧化氮會消耗氧氣；
③某同學另稱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，一氧化氮氣體全部被吸收，NO和O₂按照4：3生成硝酸，結(jié)合化學方程式定量關(guān)系計算；
④AB裝置間易發(fā)生倒吸；

解答 解：（1）由于產(chǎn)物中化合價只有降低情況，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實驗前需要檢驗裝置的氣密性，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，沒有氮氣，用氮氣排出裝置中空氣避免對產(chǎn)物氧氣檢驗的干擾，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充滿整個裝置；
（3）①以Fe（NO₃）₂為研究對象，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)實驗現(xiàn)象和剩余固體的質(zhì)量經(jīng)分析，可初步確認分解產(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+5價變化為+4價，氧元素化合價-2價變化為0價，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價變化為+3價，電子守恒和原子守恒得到化學方程式為：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小組討論后達成的共識是上述實驗設(shè)計仍不完善，需改進裝置進一步研究，在A和B處加一個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處加一個防倒吸的裝置或者產(chǎn)生的氣體不易收集；

點評 本題探究硝酸鎂分解產(chǎn)物，提出假想，通過實驗驗證，涉及了化學方程式的書寫、加熱操作的考查，題目難度中等．