Question

7．将10g铁粉置于40mL较浓的硝酸中，微热完全反应时，收集到NO₂和NO混合气体1792mL（标准状况下），还残留4.4g固体．求：
（1）该反应中被还原的硝酸和未被还原的硝酸的物质的量之比；
（2）原硝酸的物质的量浓度；
（3）NO₂和NO的体积比；
（4）写出总的化学方程式．

Answer 1

分析 （1）溶于中残留固体为Fe，硝酸完全反应，Fe与硝酸反应生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被还原的硝酸转化为Fe（NO₃）₂，由Fe原子守恒可知Fe（NO₃）₂的物质的量，被还原的硝酸转化为NO、NO₂，再根据N原子守恒计算；
（2）根据N原子守恒计算HNO₃的物质的量，进而计算原HNO₃溶液物质的量浓度；
（3）根据总体积、电子转移守恒列方程计算各自物质的量，相同条件下物质的量比等于体积比；
（4）结合原子、电子守恒书写化学反应方程式．

解答 解：（1）溶于中残留固体为Fe，硝酸完全反应，Fe与硝酸反应生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被还原的硝酸转化为Fe（NO₃）₂，
由Fe原子守恒可知n[Fe（NO₃）₂]=$\frac{10g-4.4g}{56g/mol}$=0.1mol，则n_未被还原（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]=0.2mol，被还原的硝酸转化为NO、NO₂，n_被还原（HNO₃）=n（NO+）+n（NO₂）=$\frac{1.792L}{22.4L/mol}$=0.08mol，故反应中被还原和未被还原的HNO₃的物质的量之比为：0.08mol：0.2mol=2：5，
答：反应中被还原和未被还原的HNO₃的物质的量之比为2：5；
（2）根据N原子守恒，n（HNO₃）=n_未被还原（HNO₃）+n_被还原（HNO₃）=0.2mol+0.08mol=0.28mol，则原HNO₃溶液物质的量浓度为$\frac{0.28mol}{0.04L}$=7mol/L，
答：原HNO₃溶液物质的量浓度为7mol/L；
（3）令混合气体中NO为xmol，NO₂为ymol，
则有：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.08}\\{3x+y=0.1×2}\end{array}\right.$，
解得x=0.06、y=0.02
故标况下V（NO）=0.06mol×22.4L/mol=1.344L
V（NO₂）=0.02mol×22.4L/mol=0.448L，
NO₂和NO的体积比等于物质的量比，均为0.02mol：0.06mol=1：3，
答：NO₂和NO的体积比为1：3；
（4）由上述分析可知，Fe与硝酸反应生成硝酸亚铁、NO₂、NO、水，结合原子、电子守恒可知反应为5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+NO₂↑+3NO↑+7H₂O，
答：总反应为5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+NO₂↑+3NO↑+7H₂O．

点评 本题考查氧化还原反应的计算，为高频考点，把握发生的反应、电子、原子守恒为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意守恒法应用，题目难度不大．