Question

【題目】取一定量的Fe、Cu的混合物粉末，平均分成A、B、C、D、E五等份，分別向每一份中加入一定量的稀硝酸，實驗中收集到的NO氣體(惟一還原產物)的體積及所得剩余物的質量記錄如下(所有體積均在標準狀況下測定)：

實驗序號	A	B	C	D	E
硝酸溶液體積	100ml	200 mL	300 mL	400 mL	500 mL
剩余固體的質量	17.2 g	8g	0 g	0 g	0 g
氣體體積	2.24 L	4.48 L	6.72L	7.84 L	7.84 L

（1）A組實驗后17.2 g剩余固體為________，B組實驗后8 g剩余固體為_______。(均填寫化學式)

（2）實驗中每次所取混合物中鐵的物質的量為________mol。

（3）若C組金屬恰好反應完，則反應后溶液中的金屬陽離子為：_____________ ，物質的量之比是:________________________________。

Answer 1

【答案】Fe CuCu0.2Fe3+ Fe2+ 和 Cu2+1:3:4.5或2:6:9

【解析】

（1）.由A、B兩組數據分析可知，兩次剩余物的質量相差9.2g，此時生成2.24 LNO氣體，轉移0.15 mol電子，若只溶解鐵，質量為8.4 g，若只溶解銅，質量為9.6 g，由此可知這9.2 g固體中應有Fe和Cu兩種金屬，所以A組實驗后剩余金屬為Fe和Cu，B組實驗后剩余金屬只有Cu；

（2）.假設在實驗A的基礎上再加入100mL硝酸溶液溶解的9.2g金屬中Fe、Cu物質的量分別為xmol、ymol，根據二者質量及轉移電子守恒列方程計算，混合物中Cu的質量為剩余Cu的質量與反應Cu的質量之和，再結合實驗D及得失電子守恒計算出每份混合物中含有鐵的物質的量；

（3）.根據C組中剩余金屬為0可知銅完全反應，則銅完全轉化成銅離子；再根據得失電子守恒計算出C中含有的亞鐵離子、鐵離子的物質的量，最后計算出其物質的量之比。

(1).由A. B兩組數據分析可知，兩次剩余物的質量相差17.2g8g=9.2g，此時生成2.24 LNO氣體，NO的物質的量為2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，轉移電子0.1mol×(52)=0.3 mol，若只溶解鐵，根據得失電子守恒，溶解鐵的質量為×56g/mol=8.4 g，若只溶解銅，質量為×64g/mol=9.6 g，由此可知溶解的9.2 g金屬為Fe和Cu的混合物，所以A組實驗后剩余金屬為Fe和Cu，B組實驗后剩余金屬只有Cu，故答案為：Fe、Cu；Cu；

(2).設在實驗A的基礎上再加入100mL硝酸溶液溶解的9.2g金屬中Fe、Cu物質的量分別為xmol、ymol，則根據質量守恒得：56x+64 y=9.2 ，根據電子轉移守恒得：2(x+y)=3×0.1，解得：x=0.05、y=0.1，故混合物中Cu的物質的量為0.1mol，則每次所取混合物中銅的物質的量為：0.1mol+8g÷64g/mol=0.225mol，根據實驗D和E可知，最終生成NO的體積為7.84L，物質的量為7.84L÷22.4L/mol=0.35mol，得到電子總物質的量為0.35mol×3=1.05mol， 0.225mol銅完全反應失去0.45mol電子，由于硝酸足量，實驗D中鐵完全變成鐵離子，根據得失電子守恒，混合物中含有Fe的物質的量為：=0.20mol，所以實驗中每次所取混合物中鐵的物質的量為0.20mol，故答案為：0.20；

(3).根據上述分析可知，C組加入稀硝酸還能繼續生成NO，則溶液中亞鐵離子被氧化為鐵離子，D組實驗NO氣體繼續增加，說明C組實驗后的溶液中金屬陽離子為Fe3+ 、Fe2+ 和 Cu2+，D組實驗增加了0.05molNO，則參加反應的Fe2+為0.15mol，固體沒有剩余，即Cu2+有0.225mol，Fe3+有0.05mol，則n(Fe3+ ):n(Fe2+):n( Cu2+)=1:3:4.5或2:6:9，故答案為：Fe3+、Fe2+ 和 Cu2+；1:3:4.5或2:6:9。