Question

某合金中铜和铁的物质的量均为0.3mol，将其全部投入b mL 4mol?L^-1的硝酸溶液中，使其充分反应（假设N0是唯一的还原产物）．
（1）若金属有剩余，其质量为m₁g，在溶液中再滴入稀硫酸后，剩余金属为m₂g，则m₁与m₂的关系为：m₁______（填“＞”、“＜”或“=”）m₂．
（2）若b=450mL，则溶液中的阳离子为______．
（3）若合金与硝酸溶液恰好反应完全，求b的取值范围（要有计算过程）．

Answer 1

解：（1）反应后溶液中存在大量的NO₃^-，在酸性条件下具有强氧化性，可继续与金属反应，所以加入硫酸后，NO₃^-与金属继续发生氧化还原反应而溶解金属，所以金属的质量减小，
故答案为：＞；
（2）n（HNO₃）=0.45L×4mol/L=1.8mol，
可能反应有①3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
②3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
③Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，
铜完全反应消耗硝酸0.8 mol，
如发生反应②，0.3 mol Fe需要硝酸0.8 mol，
如发生反应③，0.3 mol Fe需要硝酸1.2mol，
而此时：0.8mol＜（1.8mol-0.8mol）＜1.2mol，
所以溶液中存在的离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺；
（3）有关反应为：①3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
②3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
③Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，
根据方程式①计算，0.3mol Cu需要硝酸0.8 mol，
如果硝酸不足按方程式②计算，0.3mol Fe需要硝酸0.8 mol，
共需硝酸1.6mol，则b=400mL，
如果硝酸充足则按方程式③计算，0.3molFe需要硝酸1.2mol，
共需硝酸2mol，则b=500mL，
所以400mL≤b≤500mL，
答：b的取值范围为400mL≤b≤500mL．
分析：（1）反应后溶液中存在大量的NO₃^-，在酸性条件下具有强氧化性，可继续与金属反应；
（2）、（3）可能反应有3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，
Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，根据反应的方程式计算．
点评：本题考查混合物的计算，题目难度中等，本题注意根据反应的可能化学方程式，利用端值法计算，易错点为（3）．