Question

已知隨著硝酸濃度的不同，F(xiàn)e與硝酸反應會生成NO或NO₂；Fe ³⁺能與Fe發(fā)生下列反應：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．現(xiàn)將某鐵塊與50g溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為63%的硝酸溶液發(fā)生反應，若反應中生成的氣體均完全逸出并全部收集，請通過計算回答下列問題：
（1）若反應后，鐵塊全部溶解，硝酸仍有剩余，只收集到NO₂氣體，其體積在標準狀況下為3.36L，則參加反應的Fe質(zhì)量為

2.8

 g．
（2）若反應后，硝酸完全消耗，鐵塊仍有剩余，收集到的氣體是NO₂和NO的混合氣體，其體積在標準狀況下也為3.36L，則參加反應的Fe質(zhì)量為

9.8

 g．
（3）若該鐵塊是表面含有Fe₂O₃的鐵塊，質(zhì)量為 15g，且該鐵塊與上述硝酸恰好完全反應．如果將鐵塊中單質(zhì)Fe的質(zhì)量分數(shù)設為ω，則ω理論上的最大值是：

46.7%

．

Answer 1

分析：（1）反應后，鐵塊全部溶解，硝酸仍有剩余，F(xiàn)e被氧化生成Fe（NO₃）₃，根據(jù)n=

V

Vm

計算NO₂的物質(zhì)的量，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算n（Fe），再根據(jù)m=nM計算鐵的質(zhì)量；
（2）若反應后，硝酸完全消耗，鐵塊仍有剩余，F(xiàn)e被氧化生成Fe（NO₃）₂，根據(jù)n=

V

Vm

計算NO、NO₂的總物質(zhì)的量，根據(jù)氮元素守恒，起酸的作用的硝酸的物質(zhì)的量，參加反應的n（Fe）=

1

2

n[Fe（NO₃）₂]，再根據(jù)m=nM計算參加反應的鐵的質(zhì)量；
（3）若該鐵塊是表面含有Fe₂O₃的鐵塊，與上述硝酸恰好完全反應，當反應生成Fe（NO₃）₂與NO時，鐵塊中Fe的質(zhì)量最大，其質(zhì)量分數(shù)最大，發(fā)生反應3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，令鐵塊中Fe、Fe₂O₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量與消耗硝酸的物質(zhì)的量列方程計算解答．

解答：解：（1）反應后，鐵塊全部溶解，硝酸仍有剩余，F(xiàn)e被氧化生成Fe（NO₃）₃，
生成NO₂的物質(zhì)的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，可知n（Fe）=

0.15mol×(5-4)

3

=0.05mol，
故鐵的質(zhì)量為0.05mol×56g/mol=2.8g，
故答案為：2.8；
（2）若反應后，硝酸完全消耗，鐵塊仍有剩余，F(xiàn)e被氧化生成Fe（NO₃）₂，
NO、NO₂的總物質(zhì)的量為

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，
根據(jù)氮元素守恒，起酸的作用的硝酸的物質(zhì)的量為：

50g×63%

63g/mol

-0.15mol=0.35mol，
故參加反應的n（Fe）=0.35mol×

1

2

=0.175mol，
參加反應的鐵的質(zhì)量0.175mol×56g/mol=9.8g，
故答案為：9.8；
（3）若該鐵塊是表面含有Fe₂O₃的鐵塊，與上述硝酸恰好完全反應，當反應生成Fe（NO₃）₂與NO時，鐵塊中Fe的質(zhì)量最大，其質(zhì)量分數(shù)最大，發(fā)生反應3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，
硝酸的物質(zhì)的量為：

50g×63%

63g/mol

=0.5mol，
令鐵塊中Fe、Fe₂O₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：
  3Fe+8HNO₃ ═3Fe（NO₃）₂ +2NO↑+4H₂O、
（x-y）

8

3

（x-y）
Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，
y     y  6y
所以，

56x+160y=15 8 3 (x-y)+6y=0.5

解得，x=0.125、y=0.05，
故單質(zhì)鐵的質(zhì)量分數(shù)ω理論上的最大值是

0.125mol×56g/mol

15g

×100%=46.7%，
故答案為：46.7%．

點評：本題考查根據(jù)方程式計算的計算，難度中等，（1）（2）中注意根據(jù)守恒進行計算，（3）是易錯點、難點，根據(jù)題目信息判斷發(fā)生的反應是解題關(guān)鍵．