Question

（1）某興趣小組在實驗室探究工業合成硝酸的化學原理。
①氨的催化氧化：圖a是探究氨的催化氧化的簡易裝置，實驗中觀察到錐形瓶中鉑絲保持紅熱，有紅棕色氣體生成或白煙產生。白煙的成分是          （填化學式）。
  
圖a                                       圖b
②NO₂的吸收：如圖b所示，將一瓶NO₂倒置于水槽中，在水下移開玻璃片，可觀察到的現象是                  。
（2）三價鐵鹽溶液因Fe³⁺水解而顯棕黃色，請以Fe(NO₃)₃溶液為例，設計實驗探究影響鹽類水解程度的因素。
①寫出Fe(NO₃)₃水解的離子方程式                                      。
②參照示例完成下表實驗方案的設計。
限選材料：0.05mol?L^-1Fe(NO₃)₃、0.5mol?L^-1Fe(NO₃)₃、1.0mol?L^-1HNO₃、1.0mol?L^-1NaOH、NaHCO₃固體、蒸餾水、冰水混合物；pH計及其他常見儀器。

可能影響因素	實驗操作	預期現象和結論
溶液的酸堿性	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中，加入幾滴1mol?L-1HNO3。	棕黃色溶液顏色變淺，說明溶液酸性增強能抑制Fe(NO3)3的水解。
鹽的濃度

 

Answer 1

（1）（共4分）① NH₄NO₃    （2分）
② 集氣瓶中紅棕色逐漸消失，集氣瓶中的液面逐漸上升   （2分）
（2）（共12分）
① Fe³⁺ + 3H₂O Fe(OH)₃ + 3H⁺   （2分）
②（注：合理的表達或方案也給分，每空2分，共10分）

影響條件	實驗操作	預期現象和結論
②鹽的濃度	用量筒取10mL Fe(NO3)3于燒杯中，用pH計測出pH值．另取90mL蒸餾水加入燒杯，充分攪拌，再用pH計測出pH值。	前后測得pH值之差小于1。說明加水稀釋后平衡右移，生成更多的H+，故增大Fe(NO3)3濃度，抑制Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	用pH計分別測定0.05mol?L-1Fe(NO3)3和0.5mol?L-1Fe(NO3)3的pH，并比較大小。	二種溶液的pH值之差小于1。說明增大c(Fe(NO3)3)，抑制Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中加入少量NaHCO3固體。	溶液顏色變深。說明加入少量NaHCO3固體可減少c(H+)促進Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中加入幾滴1.0mol?L-1NaOH	產生紅棕色沉淀，棕黃色溶液變成無色，說明加入NaOH可減少c(H+)能促進Fe(NO3)3水解。
③升高溫度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中，再用酒精燈加熱一段時間，觀察溶液顏色	加熱后溶液顏色變深。說明升高溫度促進Fe(NO3)3水解。
或③降低溫度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中，再將試管置于放有冰水混合物的燒杯中一段時間，觀察溶液顏色	棕黃色溶液顏色變淺。說明降低溫度能抑制Fe(NO3)3水解。

 

試題分析：（1）①氨與氧氣發生催化氧化，生成NO和水，NO與空氣中的氧氣反應生成紅棕色氣體二氧化氮，二氧化氮與水反應又有硝酸生成，硝酸與氨氣反應生成白色固體硝酸銨，則白煙的成分是NH₄NO₃；
②二氧化氮溶于水，生成硝酸和無色氣體NO，同時瓶內壓強減小，所以看到集氣瓶內紅棕色氣體消失，集氣瓶中的液面逐漸上升；
（2）①Fe(NO₃)₃水解生成氫氧化鐵和硝酸，離子方程式為Fe³⁺ + 3H₂O Fe(OH)₃ + 3H⁺ 
②影響鹽水解程度的因素有濃度、溫度。根據鐵離子水解的離子方程式判斷增大鐵離子濃度平衡正向移動，可采用不同濃度的Fe(NO₃)₃溶液，進行實驗，測定溶液的pH，判斷水解程度的大小；增大H⁺ 濃度平衡逆向移動，溶液棕黃色變淺；水解反應可看成是中和反應的逆反應，所以是吸熱反應，升高溫度平衡，正向移動，溶液棕黃色加深。具體實驗如下表：

影響條件	實驗操作	預期現象和結論
②鹽的濃度	用量筒取10mL Fe(NO3)3于燒杯中，用pH計測出pH值．另取90mL蒸餾水加入燒杯，充分攪拌，再用pH計測出pH值。	前后測得pH值之差小于1。說明加水稀釋后平衡右移，生成更多的H+，故增大Fe(NO3)3濃度，抑制Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	用pH計分別測定0.05mol?L-1Fe(NO3)3和0.5mol?L-1Fe(NO3)3的pH，并比較大小。	二種溶液的pH值之差小于1。說明增大c(Fe(NO3)3)，抑制Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中加入少量NaHCO3固體。	溶液顏色變深。說明加入少量NaHCO3固體可減少c(H+)促進Fe(NO3)3水解。
或②鹽的濃度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中加入幾滴1.0mol?L-1NaOH	產生紅棕色沉淀，棕黃色溶液變成無色，說明加入NaOH可減少c(H+)能促進Fe(NO3)3水解。
③升高溫度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中，再用酒精燈加熱一段時間，觀察溶液顏色	加熱后溶液顏色變深。說明升高溫度促進Fe(NO3)3水解。
或③降低溫度	取少量0.5mol?L-1Fe(NO3)3于試管中，再將試管置于放有冰水混合物的燒杯中一段時間，觀察溶液顏色	棕黃色溶液顏色變淺。說明降低溫度能抑制Fe(NO3)3水解。