Question

2．已知：Fe²⁺能被稀硝酸氧化，反應方程式為：3Fe（NO₃）₂+4HNO₃（稀）→3Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
現(xiàn)將一定量的鐵和銅的混合物分為等質量的4份，分別加入等濃度不同體積的質量分數(shù)為0.20的稀硝酸（假設反應中稀硝酸的還原產(chǎn)物只有NO），產(chǎn)生氣體的體積（標準狀況下）與剩余固體的質量如下表：

硝酸體積（mL）	100	200	300	400
剩余固體（g）	18.0	9.6	0	0
放出氣體的體積（mL）	2240	4480	6720

（1）由NO與HNO₃的關系可知，稀硝酸的物質的量濃度為4 mol•L^-1．
（2）稀硝酸的密度為1.26g/cm³．
（3）放出2240mL氣體時，反應的離子方程式是3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，放出4480mL氣體時，消耗金屬的質量為16.8g．
（4）原混合物中鐵和銅的物質的量比為2：1．
（5）加入400mL稀硝酸，反應完全后，溶液中NO₃^-的物質的量為1.2mol．
（6）當溶液中Cu²⁺、Fe²⁺的物質的量濃度相等時，放出氣體的體積7840mL（標準狀況下）．

Answer 1

分析 （1）加入100mL硝酸時，金屬有剩余，說明金屬溶解生成二價離子且硝酸完全反應生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之間的關系式為2NO～～8HNO₃，據(jù)此計算硝酸濃度；
（2）ρ=$\frac{cM}{1000w}$=$\frac{4×63}{1000×0.2}$=1.26g/cm³；
（3）實驗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，在實驗①的基礎上加入100mL硝酸，參加反應的金屬的質量為18g-9.6g=8.4g，生成NO的體積為4.48L-2.24L=2.24L，NO物質的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉移守恒可知，參加反應金屬的物質的量為：$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，參加反應金屬的平均摩爾質量為 $\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，故該過程只有Fe參加反應，故實驗①、②只有Fe參與反應；
（4）100-200mL時，溶解金屬質量=18.0g-9.6g=8.4g，金屬有剩余，說明生成的金屬陽離子是二價鐵離子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
200-300mL時，溶解金屬質量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假設溶解的完全是銅，
根據(jù)轉移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu；
（5）400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質的量為：4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O計算出鐵完全反應生成硝酸鐵消耗硝酸的物質的量，再計算出銅完全反應消耗硝酸的物質的量，根據(jù)計算結果判斷硝酸過量情況，再計算出溶液中含有的硝酸根離子的物質的量；
（6）由（4）銅離子的物質的量為0.15mol，所以消耗0.15mol的亞鐵離子轉移電子數(shù)為0.15mol，生成一氧化氮的物質的量為：$\frac{0.15mol}{3}$=0.05mol，計算生成NO體積．

解答 解：（1）加入100mL硝酸時，金屬有剩余，說明金屬溶解生成二價離子且硝酸完全反應生成硝酸銀和NO，n（NO）=加入100mL硝酸時，金屬有剩余，說明金屬溶解生成二價離子且硝酸完全反應生成硝酸銀和NO，n（NO）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，生成NO和消耗硝酸之間的關系式為2NO----8HNO₃，c（HNO₃）=$\frac{n}{V}$=$\frac{\frac{0.1mol}{2}×8}{0.1L}$=4mol/L，故答案為：4；
（2）ρ=$\frac{cM}{1000w}$=$\frac{4×63}{1000×0.2}$=1.26g/cm³，故答案為：1.26；
（3）實驗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，在實驗①的基礎上加入100mL硝酸，參加反應的金屬的質量為18g-9.6g=8.4g，生成NO的體積為4.48L-2.24L=2.24L，NO物質的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉移守恒可知，參加反應金屬的物質的量為：$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，參加反應金屬的平均摩爾質量為 $\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，故該過程只有Fe參加反應，故實驗①、②只有Fe參與反應；放出2240mL氣體時，反應的離子方程式是：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，當放出4480mL氣體時，消耗金屬的質量為8.4g×2=16.8g，故答案為：3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O；   16.8；
（4）100-200mL時，溶解金屬質量=18.0g-9.6g=8.4g，金屬有剩余，說明生成的金屬陽離子是二價鐵離子，增加n（NO）=$\frac{4.48L-2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質量=$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，所以溶解的是Fe；
200-300mL時，溶解金屬質量=9.6g-0=9.6g，增加n（NO）=$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，假設溶解的完全是銅，
根據(jù)轉移電子守恒得n（金屬）=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2-0}$=0.15mol，金屬平均摩爾質量=$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，所以溶解的完全是Cu，所以鐵的物質的量為：$\frac{16.8}{56}$=0.3mol，而銅的物質的量為：$\frac{9.6}{64}$=0.15mol，所以鐵和銅的物質的量比為2：1，故答案為：2：1； 
（5）400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質的量為4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，0.3mol鐵完全反應消耗硝酸的物質的量為0.3mol×4=1.2mol，0.15mol銅完全反應消耗硝酸的物質的量為0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，總共需要消耗1.6mol硝酸，說明加入400mL稀硝酸后恰好反應，硝酸和金屬恰好反應生成硝酸銅、硝酸鐵，所以溶液中硝酸根離子的物質的量為0.3mol×3+0.15mol×2=1.2mol，故答案為：1.2；
（6）由（4）銅離子的物質的量為0.15mol，所以消耗0.15mol的亞鐵離子轉移電子數(shù)為0.15mol，生成一氧化氮的物質的量為：$\frac{0.15mol}{3}$=0.05mol，放出氣體的體積為：6720+0.05mol×22.4L/mol×1000mL/L=7840mL，故答案為：7840．

點評 本題考查混合物的有關計算，題目濃度較大、計算過程較復雜、計算量較大，為易錯題目，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷各階段發(fā)生的反應是解題關鍵，側重對學生綜合能力的考查．