Question

4．將10g鐵粉置于40ml的HNO₃溶液中，微熱，反應隨著HNO₃濃度的降低生成氣體的顏色由紅棕色變為無色，充分反應后共收集標況下1792mlNO，NO₂的混合氣體，溶液中還殘留了4.4g固體． 請回答下面問題，并寫出計算過程．
（1）求該反應中被還原和未被還原的HNO₃的物質的量之比
（2）求原HNO₃溶液物質的量濃度
（3）求NO、NO₂體積．

Answer 1

分析 （1）溶于中殘留固體為Fe，硝酸完全反應，Fe與硝酸反應生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被還原的硝酸轉化為Fe（NO₃）₂，由Fe原子守恒可知Fe（NO₃）₂的物質的量，被還原的硝酸轉化為NO、NO₂，再根據N原子守恒計算；
（2）根據N原子守恒計算HNO₃的物質的量，進而計算原HNO₃溶液物質的量濃度；
（3）根據總體積、電子轉移守恒列方程計算各自物質的量，再根據V=nV_m計算體積．

解答 解：（1）溶于中殘留固體為Fe，硝酸完全反應，Fe與硝酸反應生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被還原的硝酸轉化為Fe（NO₃）₂，
由Fe原子守恒可知n[Fe（NO₃）₂]=$\frac{10g-4.4g}{56g/mol}$=0.1mol，則n_未被還原（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]=0.2mol，被還原的硝酸轉化為NO、NO₂，n_被還原（HNO₃）=n（NO+）+n（NO₂）=$\frac{1.792L}{22.4L/mol}$=0.08mol，故反應中被還原和未被還原的HNO₃的物質的量之比為：0.08mol：0.2mol=2：5，
答：反應中被還原和未被還原的HNO₃的物質的量之比為2：5．
（2）根據N原子守恒，n（HNO₃）=n_未被還原（HNO₃）+n_被還原（HNO₃）=0.2mol+0.08mol=0.28mol，則原HNO₃溶液物質的量濃度為$\frac{0.28mol}{0.04L}$=7mol/L，
答：原HNO₃溶液物質的量濃度為7mol/L．
（3）令混合氣體中NO為xmol，NO₂為ymol，
則有：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.08}\\{3x+y=0.1×2}\end{array}\right.$
解得x=0.06、y=0.02
故標況下V（NO）=0.06mol×22.4L/mol=1.344L
V（NO₂）=0.02mol×22.4L/mol=0.448L
答：標況下得到NO體積為1.344L，NO₂體積為0.448L．

點評 本題考查化學方程式的有關計算、氧化還原反應計算，題目難度中等，注意從守恒的角度解答．