Question

14．一定量的鐵粉和250mL某濃度的硝酸溶液發生反應，圖示如下：

根據上述信息，回答下列相關問題：
（1）充分反應后，硝酸無（填“有”或“無”）剩余；投入的鐵粉質量為44.8g．
（2）原硝酸溶液中c（HNO₃）=12.8mol/L．
（3）生成的氣體中，NO與NO₂的體積比為1：2（不考慮NO₂與N₂O₄的相互轉化）．
（4）本題中，鐵粉和硝酸總反應的化學方程式為：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O．
（5）將含有1mol溶質的硫酸溶液加入到溶液A中，然后加水稀釋到500mL，此時所得溶液最多可溶解金屬銅的質量是60.8g．

Answer 1

分析 一定量的鐵粉和250mL某濃度的硝酸溶液反應，生成NO、NO₂氣體，氣體與11.2L氧氣、足量的水反應恰好得到硝酸，縱觀整個過程Fe失去電子等于氧氣獲得電子，即Fe與硝酸反應中轉移電子為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×4=2mol，而氣體恰好為200mL、6mol/L的NaOH溶液完全吸收轉化為NaNO₂、NaNO₃，由Na元素、N元素守恒可知n（NO）+n（NO₂）=n（NaOH）=0.2L×6mol/L=1.2mol，結合轉移電子守恒：3n（NO）+n（NO₂）=2，聯立方程可得：n（NO）=0.4，n（NO₂）=0.8；
溶液A可以使KSCN溶液變紅色，說明含有Fe³⁺，也可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明含有Fe²⁺，反應生成
Fe（NO₃）₃，Fe（NO₃）₂，則反應中HNO₃沒有剩余，溶液A中加入足量的NaOH溶液，過濾、洗滌、干燥、灼燒，最終得到64g紅棕色固體為Fe₂O₃，根據Fe元素守恒可知n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{64g}{160g/mol}$=0.8mol，根據電子轉移：3n（Fe³⁺）+2n（Fe²⁺）=2mol，聯立可得n（Fe³⁺）=0.4，n（Fe²⁺）=0.4mol，據此解答．

解答 解：一定量的鐵粉和250mL某濃度的硝酸溶液反應，生成NO、NO₂氣體，氣體與11.2L氧氣、足量的水反應恰好得到硝酸，縱觀整個過程Fe失去電子等于氧氣獲得電子，即Fe與硝酸反應中轉移電子為$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×4=2mol，而氣體恰好為200mL、6mol/L的NaOH溶液完全吸收轉化為NaNO₂、NaNO₃，由Na元素、N元素守恒可知n（NO）+n（NO₂）=n（NaOH）=0.2L×6mol/L=1.2mol，結合轉移電子守恒：3n（NO）+n（NO₂）=2，聯立方程可得：n（NO）=0.4，n（NO₂）=0.8；
溶液A可以使KSCN溶液變紅色，說明含有Fe³⁺，也可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，說明含有Fe²⁺，反應生成
Fe（NO₃）₃，Fe（NO₃）₂，則反應中HNO₃沒有剩余，溶液A中加入足量的NaOH溶液，過濾、洗滌、干燥、灼燒，最終得到64g紅棕色固體為Fe₂O₃，根據Fe元素守恒可知n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{64g}{160g/mol}$=0.8mol，根據電子轉移：3n（Fe³⁺）+2n（Fe²⁺）=2mol，聯立可得n（Fe³⁺）=0.4，n（Fe²⁺）=0.4mol．
（1）由上述分析可知，充分反應后，硝酸無剩余；投入的鐵粉質量為0.8mol×56g/mol=44.8g，
故答案為：無；44.8；
（2）根據N元素守恒，n（HNO₃）=3n[（Fe（NO₃）₃]+2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO）+n（NO₂）=0.4mol×3+0.4mol×2+1.2mol=3.2mol，原硝酸溶液中c（HNO₃）=$\frac{3.2mol}{0.25L}$=12.8mol/L，
故答案為：12.8mol/L；
（3）生成的氣體中，NO與NO₂的體積比為0.4mol：0.8mol=1：2，
故答案為：1：2；
 （4）生成Fe（NO₃）₃、Fe（NO₃）₂、NO、NO₂的物質的量之比為1：1：1：2，本題中鐵粉和硝酸總反應的化學方程式為：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O，
故答案為：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O；
（5）將含有1mol溶質的硫酸溶液加入到溶液A中，然后加水稀釋到500mL，溶液中n（Fe²⁺）=0.4mol、n（H⁺）=2mol、n（NO₃^-）=0.4mol×3+0.4mol×2=2mol，
    3 Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3 Fe³⁺+NO↑+2H₂O
0.4mol  $\frac{1.6}{3}$mol $\frac{0.4}{3}$mol 0.4mol 
剩余n（NO₃^-）=2mol-$\frac{0.4}{3}$mol=$\frac{5.6}{3}$mol，剩余n（H⁺）=2mol-$\frac{1.6}{3}$mol=$\frac{4.4}{3}$mol，
由 3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，可知H⁺不足，故可以溶解Cu為$\frac{4.4}{3}$mol×$\frac{3}{8}$=0.55mol，
反應后溶液中n（Fe³⁺）=0.8mol，由2Fe³⁺+Cu=2 Fe²⁺+Cu²⁺，可知溶解Cu為0.4mol，
故最多溶解Cu為（0.55mol+0.4mol）×64g/mol=60.8g，
故答案為：60.8g．

點評 本題考查混合物計算，注意利用守恒進行解答，（5）為易錯點、難點，較好的考查是分析計算能力，難度較大．