Question

12．已知：Fe²⁺能被稀硝酸氧化，反應(yīng)方程式為：3Fe（NO₃）₂+4HNO₃（�。�→3Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，現(xiàn)將一定量的鐵和銅的混合物分為等質(zhì)量的4份，分別加入等濃度不同體積的稀硝酸（假設(shè)反應(yīng)中稀硝酸的還原產(chǎn)物只有NO），產(chǎn)生氣體的體積與剩余固體的質(zhì)量如下表：

硝酸體積（mL）	100	200	300	400
剩余固體（g）	18.0	9.6	0	0
放出氣體的體積（mL）	2240	4480	6720

（1）放出4480mL氣體時(shí)，消耗金屬的質(zhì)量為16.8g
（2）稀硝酸的濃度為4mol•L^-1
（3）計(jì)算原混合物中鐵和銅的物質(zhì)的量比為2：1
（4）加入400mL稀硝酸，反應(yīng)完全后，溶液中硝酸根離子的物質(zhì)的量為1.2mol．

Answer 1

分析 （1）加入200mL稀硝酸時(shí)，剩余9.6g金屬，說(shuō)明稀硝酸完全反應(yīng)，則生成2240mL氣體時(shí)消耗金屬的質(zhì)量為：18.0g-9.6g=8.4g，據(jù)此計(jì)算生成4480mL氣體消耗金屬的質(zhì)量；
（2）第二組中稀硝酸完全反應(yīng)，消耗16.8g金屬，同時(shí)生成了4480mLNO，設(shè)銅、鐵的物質(zhì)的量為x、y，則①64x+56y=16.8，結(jié)合反應(yīng)3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，反應(yīng)生成NO為：②$\frac{2}{3}$（x+y）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，聯(lián)立①②計(jì)算出金屬的量，再結(jié)合反應(yīng)計(jì)算出硝酸的物質(zhì)的量及濃度；
（3）加入300mL稀硝酸時(shí)生成氣體增加的物質(zhì)的量為：$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗金屬的物質(zhì)的量為：0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，消耗金屬的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，說(shuō)明加入300mL硝酸時(shí)消耗的完全為銅，即混合金屬中銅的物質(zhì)的量為0.15mol，據(jù)此計(jì)算出鐵與銅的物質(zhì)的量之比；
（4）400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質(zhì)的量為：4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應(yīng)Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O計(jì)算出鐵完全反應(yīng)生成硝酸鐵消耗硝酸的物質(zhì)的量，再計(jì)算出銅完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷硝酸過(guò)量情況，再計(jì)算出溶液中含有的硝酸根離子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）加入200mL稀硝酸時(shí)，剩余9.6g金屬，說(shuō)明稀硝酸完全反應(yīng)，則生成2240mL氣體時(shí)消耗金屬的質(zhì)量為：18.0g-9.6g=8.4g，所以生成4480mL氣體消耗金屬的質(zhì)量為：8.4g×2=16.8g，
故答案為：16.8；
（2）第二組中稀硝酸完全反應(yīng)，消耗16.8g金屬，同時(shí)生成了4480mLNO，設(shè)銅、鐵的物質(zhì)的量為x、y，則①64x+56y=16.8，結(jié)合反應(yīng)3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，反應(yīng)生成NO為：②$\frac{2}{3}$（x+y）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，聯(lián)立①②解得：x=0、y=0.3mol，說(shuō)明加入200mL稀硝酸時(shí)銅沒(méi)有反應(yīng)，只有0.3mol鐵參與反應(yīng)，則消耗硝酸的總物質(zhì)的量為：0.3mol×$\frac{8}{3}$=0.8mol，該稀硝酸的濃度為：$\frac{0.8mol}{0.2L}$=4mol/L，
故答案為：4；
（3）加入300mL稀硝酸時(shí)生成氣體增加的物質(zhì)的量為：$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗金屬的物質(zhì)的量為：0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，消耗金屬的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，說(shuō)明加入300mL硝酸時(shí)消耗的完全為銅，即混合金屬中銅的物質(zhì)的量為0.15mol，所以鐵與銅的物質(zhì)的量之比為：0.3mol：0.15mol=2：1，
故答案為：2：1；
（4）400mL該稀硝酸中含有硝酸的物質(zhì)的量為：4mol/L×0.4L=1.6mol，根據(jù)反應(yīng)Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，0.3mol鐵完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量為：0.3mol×4=1.2mol，0.15mol銅完全反應(yīng)消耗硝酸的物質(zhì)的量為：0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，總共需要消耗1.6mol硝酸，說(shuō)明加入400mL稀硝酸后恰好反應(yīng)，硝酸和金屬恰好反應(yīng)生成硝酸銅、硝酸鐵，所以溶液中硝酸根離子的物質(zhì)的量為0.3mol×3+0.15mol×2=1.2mol，
故答案為：1.2mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度較大，根據(jù)表中數(shù)據(jù)正確判斷反應(yīng)物過(guò)量情況為解答關(guān)鍵，注意明確金屬與硝酸的反應(yīng)原理，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．