Question

常温时，将a mol Cu和a mol Fe投入含b mol HNO₃的浓硝酸中，经一段时间后，使它们恰好完全反应。已知反应后溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物质的量相等，HNO₃的还原产物为NO和NO₂，且不考虑NO₂转化为N₂O₄，反应中可产生气体560 mL。将该气体溶于水，充分反应后，气体体积减少224 mL(气体体积均为标准状况下体积)。求a、b的值。〔提示：已知2Fe(NO₃)₃+Fe====3Fe(NO₃)₂〕

Answer 1

a=0.01，b=0.07

解析:

常温下，将Fe和Cu投入浓硝酸中，由于Fe发生钝化，首先发生的反应为：Cu+4HNO₃(浓)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

待硝酸浓度降低后，随之发生的反应为：

Fe+4HNO₃(稀)====Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O

3Fe+8HNO₃(稀)====3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

3Cu+8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

n(NO)+n(NO₂)==0.025 mol

由气体体积差量法：

3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO    ΔV

3 mol                  2×22.4 L

n(NO₂)                 0.224 L

n(NO₂)=0.015 mol，n（NO）=0.025 mol-0.015 mol=0.01 mol。

据得失电子守恒：

2n（Cu²⁺）+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)=3n（NO）+n（NO₂）

2×a mol+2× mol+3× mol=3×0.01 mol+0.015 mol

a=0.01

b的值可用两种方法求得：

解法一：反应消耗的HNO₃:

n(HNO₃)=2n(Cu²⁺)+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)+n(NO)+n(NO₂)=4.5 a mol+0.025 mol=4.5×0.01 mol+0.025 mol=0.07 mol

即b=0.07。

解法二：考察Fe、Cu与稀HNO₃的3个反应，参加反应的HNO₃的量均为被还原HNO₃的量（即NO的量）的4倍，所以：

n(HNO₃)=2n(NO₂)+4n(NO)=2×0.015 mol+4×0.01 mol=0.07 mol