Question

7．為探究鐵和稀硝酸反應的產(chǎn)物，某興趣小組進行如下實驗．
查閱資料
i．NO+Fe（NO）SO₄（棕色）
ii．KMnO₄溶液可氧化吸收NO和NO₂
iii.0.2mol•L^-1　NaOH溶液可完全吸收NO、NO₂混合氣體中的NO₂，而不吸收NO
實驗Ⅰ用以下裝置驗證鐵和過量12mol?L-1硝酸反應產(chǎn)生的氣體中含有NO
（1）圖1的A裝置中加入硝酸前需加入N₂一段時間的目的是排除裝置內(nèi)的空氣，防止對NO的檢驗產(chǎn)生干擾．
（2）通N₂一段時間后，加入12mol?L^-1硝酸后看到A裝置中產(chǎn)生紅棕色氣體，B裝置中溶液變棕色．根據(jù)實驗現(xiàn)象不能確定產(chǎn)生的氣體中含有NO，理由是NO₂在B裝置中與水反應生成NO．請在圖1裝置的基礎(chǔ)上提出改進措施在A和B裝置間增加一個裝有0.2mol•L^-1NaOH溶液的洗氣裝置．
（3）用圖1的A裝置和圖2裝置可測量反應產(chǎn)生的NO體積，實驗操作如下
A．連接裝置，并檢查氣密性
B．往A裝置中加入鐵片后，再往分液漏斗加入12mol?L^-1的硝酸
C．通N₂一段時間后關(guān)閉
D．向水槽中加入0.2mol?L^-1NaOH溶液
e．打開分液漏斗活塞，加入一定量12mol?L^-1硝酸后，關(guān)閉活塞
f．將裝滿0.2mol?L^-1NaOH溶液的量筒倒扣在水槽中
g．待反應裝置恢復至室溫時，讀取數(shù)據(jù)
①操作的正確順序是a→b→d→c→f→e→g
②讀取數(shù)據(jù)時應注意上下移動量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，視線與量筒內(nèi)的凹液面相平．
實驗Ⅱ?qū)?mol?L^-1硝酸與過量鐵反應的產(chǎn)物進行探究
反應過程中溶液中c（H⁺）和產(chǎn)生氣體的體積（標準狀況下）隨鐵的消耗量變化關(guān)系如下圖所示．
（4）據(jù)圖推測HNO₃在bc段的還原產(chǎn)物是NH₄⁺或NH₄NO₃（填化學式）；若在ab段只產(chǎn)生單一的氣體，則該氣體是N₂O（填化學式）．

Answer 1

分析 鐵和硝酸反應，因硝酸有強氧化性，能氧化鐵為+3價，如果硝酸過量，氧化產(chǎn)物只有+3價鐵，如果鐵過量，因Fe³⁺也能氧化鐵，故有Fe生成，濃硝酸的還原產(chǎn)物為NO₂，稀硝酸的還原產(chǎn)物為NO，NO還原性比較強，遇空氣中的氧氣能立即氧化為NO₂紅棕色氣體，據(jù)此分析可作答；
（1）通N₂可排除裝置內(nèi)的空氣，避免NO被空氣中的氧氣氧化；
（2）NO₂為紅棕色氣體，能溶解于水并與水反應生成NO，反應方程式為3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO；在圖1裝置的基礎(chǔ)要增加一個除NO₂氣體的裝置，通�？蛇x用盛裝NaOH溶液的洗氣瓶裝；
（3）①操作順序應該是先檢查裝置氣密性、裝藥品，通氮氣排空氣、向槽內(nèi)加入少量NaOH溶液、將裝滿0.2mol?L^-1NaOH溶液的量筒倒扣在水槽中、打開分液漏斗使反應進行并收集氣體、最后冷卻后讀出氣體的體積；
②正確讀數(shù)時一定要量筒和水槽內(nèi)液面相平，視線也要與量筒內(nèi)的凹液面相平；
（4）bc段仍消耗HNO₃，說明反應仍在進行，但無氣體增加，可知HNO₃的還原產(chǎn)物不是氣體氮氧化物，而應該是溶性的銨鹽，ab段消耗Fe的物質(zhì)的量0.11mol-0.03mol=0.08mol，因溶液中仍有硝酸，氧化產(chǎn)物為Fe³⁺，故鐵失去電子數(shù)為0.08mol×3=0.24mol，ab段生成氣體的體積為672mL，物質(zhì)的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，根據(jù)電子守恒推測硝酸還原產(chǎn)物；

解答 解：（1）因NO遇空氣易氧化，先通N₂可除去空氣，避免NO氧化，故答案為：排除裝置內(nèi)的空氣，防止對NO的檢驗產(chǎn)生干擾；
（2）反應產(chǎn)生紅棕色氣體說明有NO₂生成，因NO₂能與水反應生成NO，故無法證明反應生成NO，可選擇在裝置1中添加盛裝NaOH溶液的洗氣瓶除去NO₂，故答案為：NO₂在B裝置中與水反應生成NO；在A和B裝置間增加一個裝有0.2 mol•L^-1 NaOH溶液的洗氣裝置；
（3）①依照先檢查裝置氣密性、裝藥品、再進行實驗的原則，正確的操作順序為d c f e 或c d f e，故答案為：d c f e 或c d f e；
②為保證量筒內(nèi)氣體的壓強也外界大氣壓強相等，可上下移動量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，讀數(shù)時要確保視線與量筒內(nèi)的凹液面相平，故答案為：上下移動量筒使量筒內(nèi)溶液的液面與水槽的液面相平，視線與量筒內(nèi)的凹液面相平；
（4）反應進行過程中無氣體生成，可知生成物為可溶性的銨鹽，即還原產(chǎn)物為NH₄⁺，ab段消耗Fe的物質(zhì)的量是0.08mol，失去電子數(shù)為0.24mol，生成氣體的物質(zhì)的量為0.03mol，如果還原產(chǎn)物為NO，則硝酸得電子數(shù)為0.03mol×3=0.09mol≠0.24mol，此時電子不守恒，若為N₂O，則硝酸得電子數(shù)為0.03mol×2×4=0.24mol，此時得失電子守恒，故可知硝酸的還原產(chǎn)物為N₂O，故答案為：NH₄⁺或NH₄NO₃；N₂O．

點評 本題以鐵與硝酸的反應為載體，探究硝酸的還原產(chǎn)物，涉及實驗的基本操作及混合物的分離提純，另外還考查了氧化還原反應的分析，特別是電子守恒定律規(guī)律的應用及計算，整體屬基礎(chǔ)性考查，難度不大，重在培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力．