Question

16．某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成兩份．向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解19.2g（已知硝酸只被還原為NO氣體）．向另一份中逐漸加入鐵粉，產生氣體的量隨鐵質量增加的變化如圖所示．反應前后溶液體積不發生變化．
（1）OA段反應的離子方程式為：Fe+4H⁺+NO₃^-═Fe³⁺+NO↑+2H₂O
AB段反應的化學方程式為：Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄
BC段反應的離子方程式為：Fe+2H+═H₂↑+Fe²⁺
（2）原混合酸中NO₃^-物質的量為：2mol/L
（3）原混合酸中H₂SO₄的物質的量濃度為：4mol/L．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，由于鐵過量，OA段發生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發生反應為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑；
（2）OA段發生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化劑作用，根據鐵的物質的量結合離子方程式計算；
（3）消耗22.4g Fe時，此時溶液中溶質為FeSO₄，根據鐵元素質量守恒可知：n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=n（Fe），進而計算硫酸的濃度．

解答 解：（1）由圖象可知，由于鐵過量，OA段發生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發生反應為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，
故答案為：Fe+4H⁺+NO₃^-═Fe³⁺+NO↑+2H₂O；Fe+Fe₂（SO₄）₃═3FeSO₄；Fe+2H+═H₂↑+Fe²⁺；
（2）OA段發生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化劑作用，所以每份中n（NO₃^-）=n（Fe）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，故c（HNO₃）=$\frac{0.2mol}{0.1L}$=2mol/L，
故答案為：2mol/L；
（3）消耗22.4g Fe時，此時溶液中溶質為FeSO₄，根據鐵元素質量守恒可知：n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=n（Fe）=$\frac{22.4g}{56g/mol}$=0.4mol，故原混合物中H₂SO₄物質的量為：0.4mol×2=0.8mol，其濃度為：$\frac{0.8mol}{0.2L}$=4mol/L，
故答案為：4mol/L．

點評 本題以化學反應圖象為載體，考查有關金屬和酸反應的計算題，題目難度中等，關鍵根據圖象分析各段發生的反應，注意明確與鐵的反應中硝酸全部起氧化劑作用，熟練掌握守恒思想在化學計算中的應用方法．