Question

19．甲、乙兩組同學分別對銅、鐵與硝酸的反應進行探究，請你參與并完成對有關問題的解答．
（1）甲組同學采用如圖所示裝置驗證銅與硝酸的反應．已知儀器a中盛有足量一定濃度的硝酸溶液，試管b中盛有6.4g銅．
①儀器c中收集的氣體主要是NO（填化學式）．
②請寫出銅與稀硝酸反應的離子反應方程式3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+4H₂O+2NO↑．
③在銅與硝酸的反應中，硝酸所表現(xiàn)出的化學性質主要有酸性和強氧化性．
④待試管b中反應進行完全，如果向b中液體里加入足量氫氧化鈉溶液，可生成沉淀的質量是9.8 g．
（2）乙組同學對鐵與稀硝酸的反應進行探究．他們用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸進行實驗，若兩種物質恰好反應都無剩余，且HNO₃只被還原成NO，反應結束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺．則
①反應結束后的溶液中NO₃^- 的物質的量 n 的取值范圍是2a＜n（NO₃^-）＜3a（用含a的代數(shù)式等表示）．
②若反應結束后的溶液中Fe³⁺、Fe²⁺的物質的量之比n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）為1：1，則b：a的值為10：3．

Answer 1

分析 （1）①進入儀器c的氣體為NO₂，NO₂與水反應生成NO；
②銅與稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮、水，據(jù)此書寫；
③反應中N元素的化合價部分未變化生成硝酸銅，部分降低生成氮的氧化物；
④銅完全反應生成硝酸銅，向b中液體里加入足量氫氧化鈉溶液，銅離子完全轉化為氫氧化銅沉淀，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算銅的物質的量，根據(jù)銅原子守恒計算氫氧化銅的物質的量，再根據(jù)m=nM計算；
（2）①利用極限法分析解答，全部為Fe³⁺時，溶液中NO₃^-的物質的量最大，全部為Fe²⁺時，溶液中NO₃^-的物質的量最小，據(jù)此解答；
②用a表示出溶液中Fe³⁺、Fe²⁺的物質的量，進而用a表示出溶液中NO₃^-的物質的量，根據(jù)氮原子守恒用a、b表示出NO的物質的量，根據(jù)電子轉移守恒解答．

解答 解：（1）①進入儀器c的氣體為NO₂，NO₂與水反應生成NO，儀器c中收集的氣體主要是NO，故答案為：NO；
②銅與稀硝酸反應生成硝酸銅、一氧化氮、水，反應離子方程式為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+4H₂O+2NO↑，
故答案為：3Cu+8H⁺+2NO₃^-═3Cu²⁺+4H₂O+2NO↑；
③反應中N元素的化合價部分未變化生成硝酸銅，硝酸表現(xiàn)酸，性部分降低生成氮的氧化物，硝酸表現(xiàn)強氧化性，
故答案為：酸性和強氧化性；
④3.2g銅的物質的量為$\frac{6.4g}{64g/mol}$=0.1mol，向b中液體里加入足量氫氧化鈉溶液，銅離子完全轉化為氫氧化銅沉淀，根據(jù)銅原子守恒可知n[Cu（OH）₂]=n（Cu）=0.1mol，故m[Cu（OH）₂]=0.1mol×98g/mol=9.8g，故答案為：9.8；
（2）①全部為Fe³⁺時，溶液中NO₃^-的物質的量最大，故NO₃^-的物質的量最大為3amol，全部為Fe²⁺時，溶液中NO₃^-的物質的量最小，故NO₃^-的物質的量最小為3amol，由于溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺，故2amol＜n（NO₃^-）＜3amol，
故答案為：2amol＜n（NO₃^-）＜3amol；
②n（Fe³⁺）：n（Fe²⁺）=1：1，則n（Fe³⁺）=$\frac{1}{2}$amol、n（Fe²⁺）=$\frac{1}{2}$amol，故溶液中n（NO₃^-）=3n（Fe³⁺）+2n（Fe²⁺）=$\frac{1}{2}$amol×3+$\frac{1}{2}$amol×2=$\frac{5a}{2}$mol，由氮原子守恒可知，n（NO）=bmol-$\frac{5a}{2}$mol，根據(jù)電子轉移守恒有：$\frac{1}{2}$amol×3+$\frac{1}{2}$amol×2=（b-$\frac{5a}{2}$）mol×（5-2），整理得b：a=$\frac{10}{3}$，
故答案為：10：3．

點評 本題考查硝酸的化學性質、化學計算等，難度中等，注意利用守恒思想與極限法的進行的計算．