Nella pianta di Jacopo de’ Barbari (1500) si ha documentazione dell’edificio che all’epoca si presentava a base pressoché quadrata con cortile al centro. In seguito il palazzo venne progressivamente ampliato (i discendenti di Nicolò acquistarono delle proprietà adiacenti la loro) e ristrutturato. L’aspetto che conserva attualmente risale probabilmente all’inizio del XVII secolo, ma non si ha alcuna notizia circa i tempi di esecuzione e non se ne conosce l’architetto.

Le due facciate esterne, sulla strada (salizàda) e sul canale di San Stae, sono caratterizzate dalle ampie “serliane”, finestre ricorrenti nell’architettura veneziana del XVII/XVIII secolo. Si tratta di trifore con l’apertura centrale ad arco e le due laterali più basse a trabeazione, che consentono, tra l’altro, l’alternarsi di piani nobili e ammezzati.
La prima presenta nella parte centrale tre serliane sovrapposte collegate da mensoloni sansoviniani (motivo questo che si ripete anche nelle finestre laterali); l’ala di sinistra si prolunga rendendo così l’insieme non simmetrico e presenta inoltre una parte più bassa rispetto al corpo principale; la zoccolatura è a bugnato.
La seconda facciata ha i portoni architravati e le serliane solo nei due piani nobili; le finestre laterali sono suddivise in modo da creare un doppio ordine di stanze e la struttura principale è affiancata da un’ala notevolmente più bassa, con al piano nobile una serliana. Il prospetto sulla salizada rispecchia un gusto più tardo rispetto a quello sul canale, presentando delle linee seicentesche.

Il prospetto sulla strada, da cui oggi si accede al palazzo, evidenzia un prolungamento sul lato sinistro, frutto di acquisizioni di edifici adiacenti. La struttura interna è quella tipica delle abitazioni patrizie veneziane, con il grande salone centrale (pòrtego) passante e destinato alle funzioni di rappresentanza, ai cui lati si affacciano le altre stanze.

Abitato dai Mocenigo fino a tempi recenti, il palazzo conserva al primo piano nobile affreschi e arredi di gusto rococò o neoclassico risalenti perlopiù alla seconda metà del Settecento. Di particolare rilievo gli affreschi dei soffitti realizzati nel 1787 per le nozze del nipote di Alvise IV con Laura Corner, come quelli di Jacopo Guarana (Verona, 1720 – Venezia, 1808), Giambattista Canal (Venezia, 1745 – 1825) e Giovanni Scajaro (att. Seconda metà sec. XVIII). Notevoli anche le porte in radica e le cornici in legno intagliato e dorato.

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