Question

【题目】16.8 g Fe 跟一定量浓 HNO3 反应，Fe 全部溶解，共收集 NO、NO2 的总体积为 11.2 L(标准状况)，所得溶液中 H＋的物质的量为 0.02 mol，请回答：

(1)反应中被还原的硝酸为_______________mol。

(2)反应过程中转移电子数为_______________。

(3)生成的 NO 与 NO2 的物质的量之比为__________________。

(4)反应后溶液中 NO3－的物质的量为___________mol。

(5)写出该反应的离子方程式：___________________________。

Answer 1

【答案】0.5 0.9NA 2:3 0.92 3Fe + 14H+ + 5NO3 - === 3Fe3+ + 2NO2↑ + 3NO ↑+7H2O

【解析】

由题意知浓硝酸的量“一定”，铁跟浓硝酸反应时HNO3被还原为NO2，当浓硝酸逐渐变稀后，HNO3被还原为NO。根据电子得失守恒和元素守恒进行相关计算。

(1)HNO3被还原的产物是NO和NO2气体，11.2LNO和NO2混合气体总物质的量==0.5mol，根据氮元素守恒可知，反应中被还原的硝酸物质的量为0.5mol。

(2)由题意知最后溶液中仍有H+，说明HNO3过量，16.8gFe全部溶解，说明反应中转移的电子数由16.8gFe决定。16.8gFe的物质的量==0.3mol，反应中每个Fe原子失去3个电子，所以0.3molFe失去电子的物质的量=0.3mol×3=0.9mol，即反应过程中转移电子数为0.9NA。

(3)由反应中电子得失守恒可知，生成0.5molNO和NO2混合气体时HNO3共得到0.9mol电子，由化合价变化知HNO3~NO~得3e-，HNO3~NO2~得1e-，设混合气体中含有NO和NO2的物质的量分别为n(NO)、n(NO2)，有方程式组，解得，因此，生成的NO与NO2的物质的量之比为0.2mol:0.3mol=2:3。

(4)反应得到的是HNO3和Fe(NO3)3混合溶液，其中HNO3的物质的量为0.02mol，Fe(NO3)3的物质的量为0.3mol，所以反应后溶液中NO3－的物质的量=0.02mol+0.3mol×3=0.92mol。

(5)根据上述分析可知，铁与硝酸反应生成Fe3+、NO、NO2和H2O，其中NO与NO2计量数之比为2:3，根据电子得失守恒、电荷守恒、质量守恒配平，该反应的离子方程式为：3Fe+14H++5NO3 -＝3Fe3++2NO2↑+3NO↑+7H2O。