Question

【題目】某同學設計如下圖所示裝置來試驗用粗鐵粒與某濃度稀硝酸反應制取NO氣體。

（1）當打開開關a，關閉開關b時，A中干燥管中觀察到的實驗現象是 ，燒杯B中盛的是 溶液。當 時關閉開關a，打開開關b，此時C中用排水法收集NO氣體。當C中收滿氣體后，關閉開關b，裝置A中觀察到的現象是① ；② 。

（2）將a mol Fe與含b mol HNO3的稀溶液充分反應后，若硝酸的還原產物只有NO。試討論分析燒杯A中最后溶液的主要陽離子組成及其物質的量，將結果填入下表未完成的空格中。

a/b取值范圍	最終溶液中的主要陽離子及其物質的量
<1/4
=1/4	a mol Fe3+
大于1/4小于3/8
=3/8	a mol Fe2+
>3/8

Answer 1

【答案】

（1）產生無色氣體，逐漸變紅棕色 NaOH 氣體又變無色

①燒杯中液面上升，干燥管內液面下降 ②干燥管中固體與溶液脫離

（2）

a/b取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質的量
<1/4	amolFe3+(b-4a)molH+
=1/4	amolFe3+
大于1/4小于3/8	(3b/4-2a)molFe3+，(3a-3b/4)molFe2+
=3/8	amolFe2+
>3/8	3b/8molFe2+

【解析】

試題分析：（1）當打開開關a，關閉開關b時，鐵與稀硝酸反應生成NO，NO與裝置內氧氣反應生成紅棕色的NO2，由于氮氧化物有毒，不能排放到空氣中，B中為氫氧化鈉溶液，可用于吸收氣體，防止污染環境，當體又變無色時，說明NO2全被吸收，關閉開關a，打開開關b，此時C中用排水法收集NO氣體．當C中收滿氣體后，關閉開關b，裝置A中壓強不斷增大，觀察到的現象是燒杯中液面上升、干燥管內液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸，故答案為：產生無色氣體，逐漸變紅棕色；NaOH；氣體又變無色；燒杯中液面上升、干燥管內液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸；

（2）將a mol Fe與含b mol HNO3的稀溶液充分反應后，發生反應有Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，

①如＜，說明硝酸過量，則反應有溶液存在Fe3+、H+，其中n(Fe3+)=amol，有方程式可知消耗4amol硝酸，則剩余n( H+)=(b-4a)mol；

②如=，只發生Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O，二者恰好反應，反應后n(Fe3+)=amol；

③如大于小于，說明發生Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，

設兩個反應分別消耗的Fe為xmol、ymol，

則x+y＝a，4x+y=b，解之得，x=-2a，y=3a-，

④如=，恰好發生3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，反應后溶液中含有a mol Fe2+，

⑤如＞，說明鐵過量，只發生3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，反應后溶液中含有molFe2+，

故答案為：

取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質的量
＜	a mol Fe3+ (b-4a)mol H+
=	a mol Fe3+
大于小于	(-2a)mol Fe3+，(3a-)mol Fe2+
=	a mol Fe2+
＞	molFe2+