Question

15．（1）如圖所示是實驗室中制取氣體的一種簡易裝置．
①請簡述檢驗它的發生裝置氣密性的方法關閉止水夾a和b，從A處加入水，使干燥管內外形成液面差，一段時間后，液面差沒有變化，說明氣密性良好．
②利用圖所示裝置可以制取塊狀或較大顆粒狀固體與液體不需要加熱反應生成氣體（填反應
物狀況及發生反應是否需要的條件）．
（2）張明同學設計圖所示裝置，用粗鐵粒與189g•L^-1硝酸反應制取NO氣體．請回答有關問題．
①189g•L^-1硝酸的物質的量濃度為3mol•L^-1．
②NO氣體能用排水法收集，而不能用排空氣法收集的可能原因是NO與空氣中的O₂反應；NO與空氣密度接近．
③當打開末止水夾a，關閉止水夾b時，A裝置的干燥管中觀察到的現象是有紅棕色氣體出現．B裝置燒杯中液體的作用是吸收NO₂．當A裝置中氣體幾乎無色時，打開止水夾b，關閉止水夾a，可用C裝置收集NO氣體．
④該實驗中，若去掉B裝置，對實驗結果是否有影響？無影響．
⑤將a mol鐵與含b molHNO₃的稀溶液充分反應后，若HNO₃的還原產物只有NO，反應后Fe和HNO₃均無剩余，則反應中轉移電子的物質的量是$\frac{3b}{4}$mol（用含a和b的代數式表示）．
⑥完全反應后，A裝置燒杯里含鐵的價態可能是+2價或+3價或+2價和+3價．現有儀器和藥品：試管和膠頭滴管、0.1mol•L^-1KSCN溶液、0.1mol•L^-1KI溶液、0.2mol•L^-1酸性KMnO₄溶液、氯水等．請你設計一個簡單實驗，探究上述判斷，填寫下列實驗報告：

實驗步驟	操作	現象與結論
第一步	取少量液體裝于試管，向試管中滴入幾滴KSCN溶液
第二步		若溶液紫色褪去，則說明含有Fe2+，若無明顯變化，則說明不含Fe2+

Answer 1

分析 （1）①檢驗裝置的氣密性，使密閉容器內形成液面差即可；
②此裝置是固體與液體不加熱制取氣體裝置，據此解答即可；
（2）①硝酸的物質的量濃度c=$\frac{n}{V}=\frac{\frac{m}{M}}{V}$；
②一氧化氮的性質：極易和空氣中的O₂反應，與空氣密度接近；
③鐵和稀硝酸反應生成一氧化氮，一氧化氮會迅速被氧化為二氧化氮，二氧化氮有毒；
④二氧化氮和水反應產物是一氧化氮；
⑤根據氧化還原反應中得失電子數目相等來回答；
⑥鐵和硝酸反應的產物取決于鐵的量的多少，亞鐵離子具有還原性，能使高錳酸鉀褪色，三價鐵遇KSCN溶液顯紅色．

解答 解：（1）①關閉止水夾a和b，從A處燒杯中加入水，干燥管與燒杯中液面能形成液面差，所以能檢驗裝置的氣密性，故答案為：關閉止水夾a和b，從A處加入水，使干燥管內外形成液面差，一段時間后，液面差沒有變化，說明氣密性良好； 
②此裝置是固體與液體不加熱制取氣體裝置，固體采用塊狀或顆粒較大的固體，如大理石與稀鹽酸制取二氧化碳氣體，故答案為：塊狀或較大顆粒狀固體與液體不需要加熱反應生成；
（2）①硝酸的物質的量濃度c=$\frac{n}{V}=\frac{\frac{m}{M}}{V}=\frac{\frac{189g}{63g/mol}}{1L}$=3mol•L^-1，故答案為：3mol•L^-1；
②一氧化氮的性質：極易和空氣中的O₂反應，與空氣密度接近，所以不能用排空氣法，故答案為：NO與空氣中的O₂反應，NO與空氣密度接近；
③鐵和稀硝酸反應生成一氧化氮，一氧化氮會迅速被氧化為二氧化氮，所以A裝置的干燥管中觀察到的現象是：有紅棕色氣體出現，二氧化氮有毒，屬于酸性氣體，可以用燒堿溶液吸收，故答案為：有紅棕色氣體出現；吸收NO₂；
④二氧化氮和水反應產物是一氧化氮，所以若去掉B裝置，對收集一氧化氮不會產生影響，故答案為：無影響；
⑤氧化還原反應中得失電子數目相等，Fe和HNO₃均無剩余，金屬鐵全轉化為亞鐵，鐵失電子的量為2amol，金屬鐵全轉化為三價鐵，鐵失電子的量為3amol，金屬鐵的生成物既有亞鐵離子又有三價鐵離子是，鐵失電子的量就2a～3amol之間，硝酸顯示酸性和氧化性，顯示酸性的硝酸和表現氧化性的硝酸的物質的量之比均為3：1，此時硝酸的轉移電子的量為$\frac{3b}{4}$mol，故答案為：$\frac{3b}{4}$mol；
⑥鐵相對于硝酸過量時，產物只有亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，能使高錳酸鉀褪色，弱硝酸相對于硝酸不足時，產物只有三價鐵離子，三價鐵遇KSCN溶液顯紅色，有可能鐵的兩種價態均存在，故答案為：+2價或+3價或+2價和+3價；

實驗步驟	操作	現象與結論
第一步	取少量液體裝于試管，向試管中滴入幾滴KSCN溶液	若溶液變血紅色，說明含Fe3+，若溶液無明顯變化，說明不含Fe3+
第二步	取少量液體裝于試管，向試管中滴入幾滴酸性KMnO4溶液	若溶液紫色退去，則說明含有Fe2+，若無明顯變化，則說明不含Fe2+

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點評 本題是一道有關氣體性質的大型綜合題，題目綜合性較強，難度較大，涉及實驗裝置氣密性檢查、實驗方案的設計與評價．