Question

某同學(xué)用圖示裝置進(jìn)行鐵和稀硝酸反應(yīng)的實驗并進(jìn)行相關(guān)的實驗探究．
a．向廣口瓶內(nèi)注入足量熱NaOH溶液，將盛有a g純鐵粉的小燒杯放入瓶中．
b．關(guān)閉止水夾，點燃紅磷，伸入瓶中，塞好膠塞．
c．待紅磷充分燃燒，一段時間后打開分液漏斗旋塞，向燒杯中滴入300mL 6mol/L的稀硝酸，鐵粉恰好完全溶解．
（一）氣體產(chǎn)物成分探究：
（1）燃燒紅磷的目的是

 

．
（2）為證明氣體產(chǎn)物為NO，步驟c后還缺少的一步主要操作是

 

．
（二）產(chǎn)物中鐵元素價態(tài)探究：
（1）提出合理假設(shè)：
假設(shè)1：產(chǎn)物只有+3價鐵；
假設(shè)2：

 

；
假設(shè)3：

 

．
（2）設(shè)計實驗：分別取小燒杯中反應(yīng)后溶液裝入兩支試管甲、乙，在甲試管中滴加酸性高錳酸鉀溶液；在乙試管中滴加KSCN溶液，觀察現(xiàn)象．推測實驗現(xiàn)象與結(jié)論：
①若現(xiàn)象為：

 

，則假設(shè)1正確；
②若現(xiàn)象為：

 

，則假設(shè)2正確；
③若現(xiàn)象為：

 

，則假設(shè)3正確．
（3）a值范圍為

 

．

Answer 1

分析：（一）①根據(jù)紅磷燃燒消耗氧氣且生成五氧化二磷為固體進(jìn)行解答；
②根據(jù)一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮進(jìn)行解答；
（二）（1）根據(jù)Fe元素有+2價、+3價來分析；
（2）根據(jù)+2價的鐵元素具有還原性，能使紫色的酸性KMnO₄溶液腿色，+3價的鐵元素與KSCN溶液形成紅色溶液進(jìn)行解答．
（3）金屬鐵和硝酸反應(yīng)的兩種情況：金屬鐵過量生成的是硝酸亞鐵，金屬鐵少量，生成的是硝酸鐵，據(jù)此來計算回答．

解答：解：（一）①紅磷燃燒消耗氧氣且生成五氧化二磷為固體，所以燃燒紅磷的目的除去廣口瓶內(nèi)的氧氣，避免干擾產(chǎn)物成分的檢驗，
故答案為：除去廣口瓶內(nèi)的氧氣，避免干擾產(chǎn)物成分的檢驗；
②一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成二氧化氮，為證明氣體產(chǎn)物為NO，可以向瓶內(nèi)通入少量氧氣，
故答案為：打開止水夾，向瓶內(nèi)通入少量氧氣；
（二）（1）Fe元素有+2價、+3價，所以假設(shè)1：產(chǎn)物中只有+2價鐵；
假設(shè)2：產(chǎn)物中只有+3價鐵；
假設(shè)3：產(chǎn)物中既含有+2價又有+3價鐵元素，
故答案為：產(chǎn)物中只有+3價鐵；產(chǎn)物中既含有+2價又有+3價鐵元素；
（2）根據(jù)+2價的鐵元素具有還原性，能使紫色的酸性KMnO₄溶液褪色，+3價的鐵元素與KSCN溶液形成紅色溶液，所以預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論：
①甲試管溶液無明顯變化，乙試管溶液變紅色，則產(chǎn)物只有+3價鐵，故答案為：甲試管溶液無明顯變化，乙試管溶液變紅色；
②+2價的鐵元素具有還原性，能使紫色的酸性KMnO₄溶液褪色，若甲試管溶液紫色褪去，乙試管沒有明顯變化，則產(chǎn)物中只有+2價鐵元素，故答案為：甲試管溶液紫色褪去，乙試管沒有明顯變化；
③+2價的鐵元素具有還原性，能使紫色的酸性KMnO₄溶液腿色，+3價的鐵元素與KSCN溶液形成紅色溶液，若甲試管溶液紫色褪去，乙試管溶液變紅色，則產(chǎn)物中既含+2價又有+3價鐵元素，
故答案為：甲試管溶液紫色褪去，乙試管溶液變紅色；
（3）當(dāng)金屬鐵相對于硝酸來說是過量的，發(fā)生反應(yīng)：3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，此時300mL 6mol/L的稀硝酸消耗金屬鐵的物質(zhì)的質(zhì)量是

0.3×6×3

8

×56g=37.8g，當(dāng)金屬鐵相對于硝酸來說是不足的，發(fā)生反應(yīng)：Fe+4H⁺+NO₃^-═Fe³⁺+NO↑+2H₂O，此時300mL 6mol/L的稀硝酸消耗金屬鐵的物質(zhì)的質(zhì)量是

0.3×6×56

4

=25.2g，所以a值范圍為25.2≤a≤37.8，
故答案為：25.2≤a≤37.8．

點評：本題目考查考生對元素及其化合物性質(zhì)的掌握，對物質(zhì)進(jìn)行檢驗的實驗技能，考查考生運用相關(guān)知識對實驗提出假設(shè)及設(shè)計方案的能力．