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4.将一定量的铁粉加入到装有100mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应.
(1)溶液中剩有a g铁粉,收集到NO气体448mL(标准状况下),求:
①写出所得溶液中溶质成分;
②求硝酸的物质的量浓度.
(2)向上述固液混合物中逐渐滴加稀硫酸,又有气体产生,若该气体为纯净物,遇到空气变为红棕色,且此时容器中剩余铁粉b g(b>0),
求:①(a-b)最大值;
②当(a-b)取最大值时,确定此时溶液中溶质成分.

分析 (1)①容器中剩有m g的铁粉,生成硝酸亚铁;
②硝酸完全反应生成硝酸亚铁与NO,根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算NO的物质的量,根据电子转移守恒计算参加反应的n(Fe),由氮元素守恒可知:n(HNO3)=2n[Fe(NO32]+n(NO),再根据c=$\frac{n}{V}$计算;
(2)①a-b的值为加入硫酸后再溶解的金属铁的质量,根据反应方程式中铁和硝酸根离子量的关系计算即可;
②混合物中逐滴加入稀硫酸,Fe先和HNO3(氢离子由硫酸提供)生成NO,然后是Fe和H2SO4反应生成H2,据此确定溶液中的溶质.

解答 解:(1)①容器中剩有m g的铁粉,所得溶液中的溶质为Fe(NO32
答:所得溶液中溶质成分为Fe(NO32
②硝酸完全反应生成硝酸亚铁与NO,NO的物质的量=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol,根据电子转移守恒,参加反应的n(Fe)=$\frac{0.02mol×3}{2}$=0.03mol,由氮元素守恒可知:n(HNO3)=2n[Fe(NO32]+n(NO)=2×0.03mol+0.02mol=0.08mol,故原硝酸的物质的量浓度=$\frac{0.08mol}{0.1L}$=0.8mol/L,
答:硝酸的物质的量浓度为0.8mol•L-1
(2)①Fe先和HNO3(氢离子由硫酸提供)生成NO,关系为:3Fe~2NO3-,溶液中硝酸根离子的物质的量是0.08mol-0.02mol=0.06mol,所以消耗铁的物质的量是$\frac{0.06mol×3}{2}$=0.09mol,质量是0.09mol×56g/mol=5.04 g,即(a-b)最大值为5.04,
答:(a-b)最大值为5.04;
②向上述固-液混合物中逐滴加入稀硫酸溶液中的反应顺序为:Fe先和HNO3(氢离子由硫酸提供)生成NO,因为此时铁还是有剩余,所以硝酸根离子被消耗光,硝酸根反应完全后,再是Fe和H2SO4反应生成H2,此时溶液中的溶质为硫酸亚铁,
答:此时溶液中溶质成分FeSO4

点评 本题考查化学方程式的计算、氧化还原反应计算,侧重对解题方法技巧与学生分析解决问题能力的考查,注意根据守恒进行解答,难度较大.

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