Question

某同學用圖示裝置進行鐵和稀硝酸反應的實驗并進行相關的實驗探究．
a．向廣口瓶內注入足量熱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）氣體產物成分探究：
（1）燃燒紅磷的目的是

 

．
（2）為證明氣體產物為NO，步驟c后還缺少的一步主要操作是

 

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

 

；
假設3：

 

．
（2）設計實驗：分別取小燒杯中反應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，觀察現象．推測實驗現象與結論：
①若現象為：

 

，則假設1正確；
②若現象為：

 

，則假設2正確；
③若現象為：

 

，則假設3正確．
（3）a值范圍為

 

．

Answer 1

分析：（一）①根據紅磷燃燒消耗氧氣且生成五氧化二磷為固體進行解答；
②根據一氧化氮和氧氣反應生成二氧化氮進行解答；
（二）（1）根據Fe元素有+2價、+3價來分析；
（2）根據+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行解答．
（3）金屬鐵和硝酸反應的兩種情況：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的氧氣，避免干擾產物成分的檢驗，
故答案為：除去廣口瓶內的氧氣，避免干擾產物成分的檢驗；
②一氧化氮和氧氣反應生成二氧化氮，為證明氣體產物為NO，可以向瓶內通入少量氧氣，
故答案為：打開止水夾，向瓶內通入少量氧氣；
（二）（1）Fe元素有+2價、+3價，所以假設1：產物中只有+2價鐵；
假設2：產物中只有+3價鐵；
假設3：產物中既含有+2價又有+3價鐵元素，
故答案為：產物中只有+3價鐵；產物中既含有+2價又有+3價鐵元素；
（2）根據+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，所以預期現象和結論：
①甲試管溶液無明顯變化，乙試管溶液變紅色，則產物只有+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）當金屬鐵相對于硝酸來說是過量的，發生反應：3Fe+8H⁺+2NO₃^-═3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，此時300mL 6mol/L的稀硝酸消耗金屬鐵的物質的質量是

0.3×6×3

8

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

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的掌握，對物質進行檢驗的實驗技能，考查考生運用相關知識對實驗提出假設及設計方案的能力．