Question

固体硝酸盐加热易分解且产物较复杂，某学习小组以Fe（NO₃）₂为研究对象，通过实验探究其热分解的产物，查阅资料，根据硝酸盐受热分解的规律，提出如下4种猜想：

甲：Fe₂O₃、NO₂乙：Fe₂O₃、NO₂、O₂丙：Fe₃O₄、NO₂、O₂丁：FeO、NO₂、N₂

（1）．实验前，小组成员经讨论认定猜想丁不成立，理由是__________________．

针对上述猜想，设计如图所示的实验装置（图中加热、夹持仪器等均省略）：

（2）．实验过程

①仪器连接后，放人固体试剂之前，应______________

②称取Fe（NO₃）₂固体3.6g置于A中，加热前先打开K，___________，后再关闭K，用酒精灯加热

③观察到A中有红棕色气体出现，C、D中未见明显变化．

④待样品完全分解，A装置冷却至室温、称量，测得剩余固体的质量为1.6g

⑤取少量剩余固体于试管中，加人适量水，未见明显现象．

（3）．实验结果分析讨论:

①根据实验现象和剩余固体的质量经分析,可初步确认分解产物中有____________。

②根据D中无明显现象，一位同学认为不能确认分解产物中有O₂，因为若有O₂，D中溶液颜色会退去；另一个同学认定分解产物中有O₂存在，未检侧到的原因是_________________。

③为了验证是否有O₂，某同学另称Fe（NO₃）₂固体3.6g，充分加热，收集气体，假设产生的气体全部收集，将集满气体的试管倒放在水槽中，观察到的现象是红棕色消失，液面上升，进入试管中的溶液大于2/3，通入一定量的O₂后，气体全部被吸收，请写出Fe（NO₃）₂受热分解的化学方程式______________,通入O₂的物质的量为_____________。

④小组讨论后达成的共识是上述实验设计仍不完善，需改进装置进一步研究。写一点不足之处：__________________________。

Answer

（1）．不符合氧化还原反应原理（2分）

（2）．①检验装置的气密性（1分）

②通入N2充满整个装置（2分）

（3）①Fe2O3、NO2（2分）②NO2和O2按4:1完全溶于溶液中（2分）

③4Fe（NO3）22Fe2O3+8NO2↑+O2↑（2分） 0.005mol（2分）

④在A和B处加一个防倒吸的装置或者产生的气体不易收集（合理即给分）（2分）

【解析】

试题分析：（1）根据氧化还原反应原理有化合价的升高就有化合价的降低，而丁中只有化合价的降低，故不可能。

（2）该实验是通过定量和定性相结合的方法进行探究，通过固体质量的减少可以确定剩余的固体产物；通过红棕色气体，说明有NO2气体，排除丙的可能。①一个完整的实验流程：安装，检查气密性，装药，实验，拆装置……，该过程为检查气密性；②该实验过程中要排除氧气的干扰，故先用氮气排除空气，加热的操作时先预热，再对准一点加热。

（3）①红棕色气体是二氧化氮；硝酸亚铁的物质的量是0.02mol，全部转化为氧化铁是0.01mol，质量是1.6g，剩余的固体恰好是1.6g，则分解产物中有氧化铁和NO2；②由于NO2和O2按4:1完全溶于溶液中，所以没有检测到氧气；③将集满气体的试管倒放在水槽中，观察到的现象是红棕色消失，液面上升，进入试管中的溶液大于2/3，通入一定量的O2后，气体全部被吸收，这说明生成的NO2的体积大于4倍氧气的体积，因此Fe（NO3）2受热分解的化学方程式为4Fe（NO3）22Fe2O3+8NO2↑+O2↑。生成NO2是0.04mol，完全溶解需要0.01mol氧气，而生成的氧气只有0.005，所以还需要再通入0.005mol氧气。

④由于NO2溶于水容易产生倒吸现象，因此改进的措施是在A和B处加一个防倒吸的装置或者产生的气体不易收集。

【考点定位】以探究实验为基础，考查了探究的基本方法，化学实验基本操作，氧化还原反应等相关知识。

【名师点睛】本题探究硝酸镁的分解产物，提出假想，通过实验验证，涉及了探究的基本方法，化学实验基本操作，氧化还原反应、化学方程式的书写、加热操作的考查，难度中等，在考查基础知识和基本技能的基础上，注重对学科能力和学科思想、方法应用的考查，努力从不同维度去检测学生接受、吸收、整合化学信息的能力，分析问题和解决化学问题的能力，化学实验与探究能力。明确实验原理和相关物质的性质是解答的关键。