Question

鐵與HNO₃作用時，還原產物除與HNO₃濃度有關外，還與溫度有關．已知鐵與冷的稀HNO₃反應時，主要還原產物為NO氣體；與熱的稀HNO₃反應時，主要還原產物為N₂O氣體；當HNO₃更稀時，其主要還原產物是NH₄⁺．現有鐵與稀 HNO₃的作用，請分析下圖，回答有關問題．假設曲線的各段內只有一種還原產物．
（1）0點到a點的還原產物是

 

．
（2）a點到b點的還原產物是

 

，其原因可能是

 

．
（3）試完成b點到c點的反應方程式：

 

Fe+

 

HNO₃--

 

Fe（ NO₃）₃+

 

[

 

]+

 

H₂O
（4）反應過程中，到達

 

點時，HNO₃已完全反應．
（5）已知達到d點時反應結束，此時溶液中的主要陽離子是Fe²⁺，則c點和d點參加反應的鐵的物質的量之比是

 

．

Answer 1

考點：氧化還原反應的計算

專題：

分析：根據題意可知，題給出的圖象可分為兩部分，其一為H⁺濃度隨n（Fe） 的改變情況；其二為產生氣體的體積隨n（Fe）的改變情況，從題給條件知鐵在冷稀HNO₃中生成NO，在熱稀HNO₃中生成N₂O，Fe與HNO₃ 反應為放熱反應：
（1）鐵在冷稀HNO₃中生成NO，開始為冷稀硝酸，所以從o點到a點時的還原產物為 NO；
（2）反應放熱，使溶液溫度升高，Fe與熱稀HNO₃中生成N₂O，結合bc段氣體總體積為一定值，ab段產物為N₂O；
（3）bc段氣體總體積為一定值，b點到c點時還原產物為NH₄NO₃，根據化合價升降配平方程式；
（4）根據氫離子濃度判斷，氫離子濃度為0時，HNO₃完全反應；
（5）cd段 H⁺耗盡無氣體產生，是Fe與Fe（NO₃）₃反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，d點時，反應完全結束，溶液中n（Fe²⁺）=n_d（Fe），c點溶液中n（Fe³⁺）=n_c（Fe），結合方程式計算．

解答： 解：（1）從題給條件知鐵在冷稀HNO₃中生成NO，開始為冷稀硝酸，所以從o點到a點時的還原產物為 NO，故答案為：NO；
（2）反應放熱，使溶液溫度升高，Fe與熱稀HNO₃中生成N₂O，結合bc段氣體總體積為一定值，b點到c點時還原產物為NH₄⁺，故ab段產物為N₂O，
故答案為：N₂O；反應放熱，使溶液溫度升高；
（3）bc段氣體總體積為一定值，b點到c點時還原產物為NH₄NO₃，反應中Fe元素化合價由0價升高為+3，N元素化合價由+5價降低為-3，化合價最小公倍數為24，故Fe的系數為8、NH₄NO₃的系數為3，再根據原子守恒配平方程式為：8Fe+30HNO₃=8Fe（NO₃）₃+3NH₄NO₃+9H₂O，
故答案為：8；30； 8； 3 NH₄NO₃； 9；
（4）由圖象可知，c點是氫離子濃度為0，HNO₃已完全反應，故答案為：c；
（5）cd段 H⁺耗盡無氣體產生，是Fe與Fe（NO₃）₃反應Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，d點時，反應完全結束，溶液中n（Fe²⁺）=n_d（Fe），c點溶液中n（Fe³⁺）=n_c（Fe），由方程式Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，可知比n_c（Fe）：n_d（Fe）=2：3，
故答案為：2：3．

點評：本題考查硝酸的性質、有關化學反應圖象計算、氧化還原反應等，難度中等，根據題目信息結合圖象判斷各段發生的反應是解題的關鍵．