Question

5．鐵粉和銅粉的均勻混合物，平均分成四等份，分別加入同濃度的稀硝酸，充分反應(yīng)后，在標(biāo)況下生成NO的體積和剩余金屬的質(zhì)量如下表（設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO）

編號(hào)	①	②	③	④
硝酸體積/mL	100	200	300	400
剩余金屬/g	18.0	9.6	0	0
NO體積/mL	2240	4480	6720	V

請回答下列問題（不需書寫計(jì)算過程）
①每份均勻混合物的質(zhì)量為16.8g
②硝酸的濃度為4mol/L
③V值為8960．

Answer 1

分析 由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價(jià)，在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為18g-9.6g=8.4g，
生成NO的體積為4480mL-2240mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，
參加反應(yīng)金屬的平均摩爾質(zhì)量為$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，
故該過程只有Fe參加反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)①只有Fe參與反應(yīng)，
根據(jù)NO的體積結(jié)合方程式計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量、參加反應(yīng)Fe的物質(zhì)的量，
根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量濃度；
在實(shí)驗(yàn)②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.6g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
若該過程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，
則Cu的物質(zhì)的量=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$═0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g，等于參加反應(yīng)金屬的質(zhì)量，
故該過程只有Cu反應(yīng)，且Cu恰好完全反應(yīng)，
故加入200mL硝酸時(shí)，F(xiàn)e恰好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
根據(jù)亞鐵離子的物質(zhì)的量，利用電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算該階段生成NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算該階段生成NO的體積，進(jìn)而計(jì)算V的值；
②中溶解的金屬為①中溶解的Fe與在①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸溶解的金屬的質(zhì)量之和；
每份金屬混合物為①中溶解的Fe與實(shí)驗(yàn)①剩余的金屬的質(zhì)量之和．

解答 解：由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價(jià)，在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為18g-9.6g=8.4g，
生成NO的體積為4480mL-2240mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，
參加反應(yīng)金屬的平均摩爾質(zhì)量為$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol；
故該過程只有Fe參加反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)①只有Fe參與反應(yīng)；
在實(shí)驗(yàn)②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.6g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
若該過程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，
則Cu的物質(zhì)的量═$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g，等于參加反應(yīng)金屬的質(zhì)量，
故該過程只有Cu反應(yīng)，且Cu恰好完全反應(yīng)，
故加入200mL硝酸時(shí)，F(xiàn)好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
①由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)①發(fā)生反應(yīng)3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)的Fe的物質(zhì)的量為0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，
故參加反應(yīng)Fe的質(zhì)量=0.15mol×56g/mol=8.4g，在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為18g-9.6g=8.4g，
故實(shí)驗(yàn)②共溶解金屬質(zhì)量為8.4g+8.4g=16.8g，
故答案為：16.8g；
②由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)①發(fā)生反應(yīng)3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為0.1mol×4=0.4mol，
故硝酸的物質(zhì)的量濃度=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
故答案為：4；
③由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)②中Fe與硝酸恰好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，生成NO的物質(zhì)的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
由3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，溶液中亞鐵離子的物質(zhì)的量為0.3mol，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成NO的物質(zhì)的量=$\frac{0.3mol×（3-2）}{5-2}$=0.1mol，
故生成NO的體積為0.1mol×22.4L/mol=2.24L=2240mL，
故V=6720+2240=8960，
故答案為：8960．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷各階段發(fā)生的反應(yīng)是關(guān)鍵，側(cè)重對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，過程復(fù)雜、計(jì)算量較大，為易錯(cuò)題目，難度較大．