Question

12．已知：Fe²⁺能被稀硝酸氧化，反应方程式为：3Fe（NO₃）₂+4HNO₃（稀）→3Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，现将一定量的铁和铜的混合物分为等质量的4份，分别加入等浓度不同体积的稀硝酸（假设反应中稀硝酸的还原产物只有NO），产生气体的体积与剩余固体的质量如下表：

硝酸体积（mL）	100	200	300	400
剩余固体（g）	18.0	9.6	0	0
放出气体的体积（mL）	2240	4480	6720

（1）放出4480mL气体时，消耗金属的质量为16.8g
（2）稀硝酸的浓度为4mol•L^-1
（3）计算原混合物中铁和铜的物质的量比为2：1
（4）加入400mL稀硝酸，反应完全后，溶液中硝酸根离子的物质的量为1.2mol．

Answer 1

分析 （1）加入200mL稀硝酸时，剩余9.6g金属，说明稀硝酸完全反应，则生成2240mL气体时消耗金属的质量为：18.0g-9.6g=8.4g，据此计算生成4480mL气体消耗金属的质量；
（2）第二组中稀硝酸完全反应，消耗16.8g金属，同时生成了4480mLNO，设铜、铁的物质的量为x、y，则①64x+56y=16.8，结合反应3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，反应生成NO为：②$\frac{2}{3}$（x+y）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，联立①②计算出金属的量，再结合反应计算出硝酸的物质的量及浓度；
（3）加入300mL稀硝酸时生成气体增加的物质的量为：$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗金属的物质的量为：0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，消耗金属的平均摩尔质量为：$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，说明加入300mL硝酸时消耗的完全为铜，即混合金属中铜的物质的量为0.15mol，据此计算出铁与铜的物质的量之比；
（4）400mL该稀硝酸中含有硝酸的物质的量为：4mol/L×0.4L=1.6mol，根据反应Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O计算出铁完全反应生成硝酸铁消耗硝酸的物质的量，再计算出铜完全反应消耗硝酸的物质的量，根据计算结果判断硝酸过量情况，再计算出溶液中含有的硝酸根离子的物质的量．

解答 解：（1）加入200mL稀硝酸时，剩余9.6g金属，说明稀硝酸完全反应，则生成2240mL气体时消耗金属的质量为：18.0g-9.6g=8.4g，所以生成4480mL气体消耗金属的质量为：8.4g×2=16.8g，
故答案为：16.8；
（2）第二组中稀硝酸完全反应，消耗16.8g金属，同时生成了4480mLNO，设铜、铁的物质的量为x、y，则①64x+56y=16.8，结合反应3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，反应生成NO为：②$\frac{2}{3}$（x+y）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$，联立①②解得：x=0、y=0.3mol，说明加入200mL稀硝酸时铜没有反应，只有0.3mol铁参与反应，则消耗硝酸的总物质的量为：0.3mol×$\frac{8}{3}$=0.8mol，该稀硝酸的浓度为：$\frac{0.8mol}{0.2L}$=4mol/L，
故答案为：4；
（3）加入300mL稀硝酸时生成气体增加的物质的量为：$\frac{6.72L-4.48L}{22.4L/mol}$=0.1mol，消耗金属的物质的量为：0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，消耗金属的平均摩尔质量为：$\frac{9.6g}{0.15mol}$=64g/mol，说明加入300mL硝酸时消耗的完全为铜，即混合金属中铜的物质的量为0.15mol，所以铁与铜的物质的量之比为：0.3mol：0.15mol=2：1，
故答案为：2：1；
（4）400mL该稀硝酸中含有硝酸的物质的量为：4mol/L×0.4L=1.6mol，根据反应Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，0.3mol铁完全反应消耗硝酸的物质的量为：0.3mol×4=1.2mol，0.15mol铜完全反应消耗硝酸的物质的量为：0.15mol×$\frac{8}{3}$=0.4mol，总共需要消耗1.6mol硝酸，说明加入400mL稀硝酸后恰好反应，硝酸和金属恰好反应生成硝酸铜、硝酸铁，所以溶液中硝酸根离子的物质的量为0.3mol×3+0.15mol×2=1.2mol，
故答案为：1.2mol．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度较大，根据表中数据正确判断反应物过量情况为解答关键，注意明确金属与硝酸的反应原理，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算能力．