Question

将Fe和Cu的混合粉末加入到100mL 4mol/L稀硝酸中充分反应后：
（1）若反应后有Cu剩余，则此溶液中一定有的阳离子是

Fe²⁺

，可能有的阳离子是

Cu²⁺

．（不考虑水电离出的H⁺，下同）
（2）若反应后的溶液中有Fe³⁺，则溶液中一定含有的阳离子是

Cu²⁺

，可能含有的阳离子是

Fe²⁺

．
（3）如果反应后的溶液中无金属剩余，则加入金属粉末的最大质量应小于

9.6g

．
（4）如果加入的Fe和Cu的质量比为7：8，则使HNO₃完全反应的金属粉末的最小质量为

7.2g

．

Answer 1

分析：将Fe和Cu的混合粉末加入到100mL 4mol/L稀硝酸中充分反应，可能的化学反应为Fe+4HNO3=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑4+H₂O、Fe+2Fe（NO₃）₃=3Fe（NO₃）₂、
Cu+2Fe（NO₃）₃=2Fe（NO₃）₂+Cu（NO₃）₂；依据离子共存逐项分析，有Fe³⁺一定不存在Fe  Cu，有Fe一定不存在Fe³⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺；有Cu剩余一定无Fe³⁺、HNO₃．

解答：解：（1）若反应后有Cu剩余，肯定没有Fe³⁺，则此溶液中一定有Fe²⁺，可能有Cu²⁺；故答案为：Fe²⁺　Cu²⁺；
（2）若反应后有Fe³⁺时，金属铜全部反应掉了2Fe³⁺+Cu=2Fe²⁺+Cu²⁺，则此溶液中一定有Cu²⁺，可能有Fe²⁺；故答案为：Cu²⁺　Fe²⁺；
（3）由上述三个过程可知，只发生与铜的反应时所需的金属量最多，由3Cu～8HNO₃可解得需Cu的质量为9.6 g；故答案为：9.6 g；
（4）因要求HNO₃完全反应且金属质量最小，所以加入的铁要尽可能多耗酸，所以生成的是Fe³⁺，而Fe和Cu的质量比为7：8，可得到两者的物质的量之比为1：1，设铁铜物质的量为x；
根据反应的定量关系：Fe→4HNO₃，3Cu→8HNO₃
                     1     4      3    8
                     x     4x     x    8x/3
硝酸物质的量为0.4mol；
所以根据计算得到：4x+8x/3=0.4，可解得需要Fe和Cu的物质的量均为0.06 mol，质量为0.06mol×64g/mol+0.06mol×56g/mol=7.2g；从而可得金属粉末的质量为7.2 g；
故答案为：7.2g．

点评：本题考查了铁、铜其化合物的化学性质的应用，主要是三价铁离子、铜离子与铁和铜反应的共存判断，掌握基础反应是解决问题的关键．