Question

為探究Fe(NO₃)₂等硝酸鹽熱分解產物和產物的性質，某化學小組開展如下探究：

【查閱資料】2KNO₃2KNO₂+O₂↑    Fe(NO₃)₂Fe_xO_y+NO₂↑+O₂↑

實驗一：探究Fe(NO₃)₂熱分解固體產物中鐵元素的價態。該小組甲同學將分解后的固體產物溶于足量的稀H₂SO₄得到相應兩份溶液，進行以下探究實驗。

（1）【提純猜想】

猜想一：鐵元素只顯+2價；

猜想二：鐵元素              ；

猜想三：鐵元素既有+2價又有+3價。

【實驗操作】①向一份溶液中滴入KSCN溶液；向另一份溶液中滴入酸性KMnO₄稀溶液。

（2）【實驗現象】實驗①                      ；實驗②                     。

（3）【實驗結論】猜想二成立，則Fe(NO₃)₂分解的化學方程式是                  。

實驗二：

（4）探究Fe(NO₃)₂熱分解氣體產物的性質。小組乙同學進行料如下實驗，請完成實驗空缺部分內容。限選試劑和用品：濃H₂SO₄溶液、4mol/LNaOH溶液、0.1mol/LBaCl₂溶液、帶火星的木條、0.1mol/L酸性KMnO₄溶液、蒸餾水。

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量Fe(NO3)2固體于試管中，加熱分解。	，說明分解產生的氣體中含有NO2。
步驟2：將產生的氣體依次通過盛有足量                   、濃硫酸的洗氣瓶，                        在最后一個出口檢驗。	，說明分解產生的氣體中含O2。

 

實驗三：KNO₃中混有Fe(NO₃)₂，為確定其中鐵元素的含量，小組丙同學進行如下實驗：①取混合物樣品10g，充分加熱分解；②將固體產物溶解、過濾，取沉淀進行洗滌、干燥，稱得其質量為3.2g。則混合物中鐵元素的質量分數為                   。（保留三位有效數字，相對原子質量：Fe-56   O-16）

 

Answer 1

【答案】

（17分）（1）只顯+3價（1分）

（2）溶液出現血紅色（2分，其它合理解釋也給分）  溶液紫紅色不褪色（2分）

（3）4Fe(NO₃)₂2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑（2分，化學式錯不給分，系數錯扣1分，不寫條件扣1分）

（4）

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量Fe(NO3)2固體于試管中，加熱分解。	有紅棕色氣體產生（2分，其它合理表述也給分），說明分解產生的氣體中含有NO2。
步驟2：將產生的氣體依次通過盛有足量 4mol/LNaOH溶液（2分）、濃硫酸的洗氣瓶，用帶火星的木條（2分）在最后一個出口檢驗。	帶火星的木條復燃（1分），說明分解產生的氣體中含O2。

 

（5）22.4%

【解析】

試題分析：（1）根據兩個已知的猜想推斷，猜想二必為鐵元素只顯+3價；（2）根據實驗結論推斷，Fe(NO₃)₂受熱分解產生的固體產物只有Fe₂O₃，Fe₂O₃與足量稀硫酸反應生成Fe³⁺的溶液，則Fe³⁺遇KSCN溶液變紅，不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；設Fe₂O₃的系數為1，根據鐵、氮、氧原子個數守恒配平，該反應為2Fe(NO₃)₂Fe₂O₃+4NO₂↑+1/2O₂↑，系數加倍可得：4Fe(NO₃)₂2Fe₂O₃+8NO₂↑+O₂↑；（4）Fe(NO₃)₂受熱分解產生的氣體產物中，NO₂是紅棕色氣體，O₂是無色無味氣體，有紅棕色氣體產生，就能說明分解產生的氣體中含有NO₂；由于NO₂有毒，且易與水反應產生能與O₂反應的NO，因此步驟2中應該先用過量4mol/LNaOH溶液吸收多余的NO₂，再用濃硫酸干燥，在最后一個出氣口用帶火星的木條檢驗，若帶火星木條復燃，說明分解產生的氣體中含有O₂；（5）根據題意可知，產物中m(Fe₂O₃)=3.2g；根據鐵元素守恒可得關系式，2Fe→Fe₂O₃，則原料中m(Fe)= m(Fe₂O₃)×2×56/160=3.2g×2×56/160；由于混合物總質量為10g，則其中有鐵元素的質量分數為3.2g×2×56/160÷10g×100%=22.4%。

考點：考查探究實驗方案的設計和定量實驗的計算，涉及提出猜想、驗證猜想、設計實驗方案、配平化學方程式、混合物中鐵元素質量分數的測定等知識。