Question

11．課外興趣小組設計如圖所示裝置，用粗鐵粒與1890g•L^-1（質量分數為5%）的硝酸反應制取NO氣體．請回答有關問題．

（1）1890g•L^-1硝酸的物質的量濃度為1.5mol•L^-1．
（2）NO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金屬不斷溶解，有氣體產生逐漸變為紅棕色．B裝置燒杯中液體的作用是吸收氮的氧化物．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（2amol或3amol或2amol～3amol）（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）硝酸的物質的量濃度c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{m}{M}}{V}$=$\frac{\frac{m}{V}}{M}$=$\frac{ρ}{M}$計算；
（2）根據一氧化氮極易和空氣中的O₂反應及與空氣密度接近角度判斷；
（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，NO、二氧化氮都有毒，需要吸收處理；
（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）硝酸的物質的量濃度c=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{m}{M}}{V}$=$\frac{\frac{m}{V}}{M}$=$\frac{ρ}{M}$=$\frac{1890g/L×5%}{63g/mol}$=1.5mol•L^-1，故答案為：1.5mol•L^-1；
（2）一氧化氮極易和空氣中的O₂反應，且與空氣密度接近，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：金屬不斷溶解，有氣體產生逐漸變為紅棕色；氮的氧化物有毒，需要用燒堿溶液吸收，
故答案為：金屬不斷溶解，有氣體產生逐漸變為紅棕色；吸收氮的氧化物；
（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（2a mol或3amol或2amol～3amol）；
（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，若鐵相對于硝酸不足時，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，故操作方法及現象為：

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+

，
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		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

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點評 本題本題考查性質實驗方案的設計，題目難度中等，試題綜合性較強、知識點較多，涉及化學計算、實驗方案的設計與評價、常見物質的性質及檢驗方法等知識，需要學生具有扎實的基礎與運用知識分析解決問題的能力，注意基礎知識的理解掌握．