Question

11．Cu-Fe合金由于长时间置于空气中表面产生了一层氧化膜（成分为Fe₂O₃和CuO），现进行如下实验（以下气体体积均在标况下测得）
①将此合金块5.76g置于烧杯中，然后将稀H₂SO₄逐渐缓慢加入至过量，收集产生的气体为672mL，过滤得绿色溶液A，还有滤渣B．
②将滤渣B投入到一定浓度的HNO₃中，完全溶解，得NO、NO₂混合气体896mL，经测定（标况下）此混合气体与氢气的相对密度为17．
③将①中所得滤液加入到同浓度足量的HNO₃中，用排水法收集一烧瓶气体，再向烧瓶中通入224mL O₂，气体恰好完全溶于水．
（1）A中存在的阳离子有Fe²⁺、H⁺；
（2）896mL混合气体中NO、NO₂的物质的量之比为3：1；
（3）B的单质为Cu，质量为3.2g；
（4）③中被HNO₃氧化了的阳离子的物质的量为0.04mol；
（5）此合金块中氧元素的质量为0.32g．

Answer 1

分析 （1）溶液呈绿色说明含有亚铁离子，溶液呈酸性，还含有氢离子；
（2）Cu不溶于稀硫酸，则滤渣B为铜，铜和硝酸反应生成氮氧化物NO、NO₂，根据混合气体密度为1.52g/L，求出混合气体的平均摩尔质量，利用十字相乘法确定一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比；
（3）Cu不溶于稀硫酸，则滤渣B为铜，根据NO和NO₂的物质的量，利用转移电子守恒计算铜的物质的量和质量；
（4）Fe²⁺与HNO₃反应生成NO，反应中Fe元素失去电子，N元素得电子，生成的NO与水、氧气反应，NO又失电子，氧气得电子，整个过程中转移的电子守恒，据此计算；
（5）该合金中含有Cu、Fe和O三种元素，根据（3）（4）可知Cu、Fe的质量，然后计算O的质量．

解答 解：（1）溶液呈绿色说明含有亚铁离子，溶液呈酸性，所以还含有氢离子，酸过量，则滤渣只含铜，
故答案为：Fe²⁺、H⁺；
（2）B中滤渣是铜，铜和硝酸反应生成氮氧化物，NO、NO₂混合气体896mL，经测定（标况下）此混合气体密度为1.52g/L，则混合气体的平均摩尔质量=1.52g×22.4g/L=34g/mol，利用十字相乘法确定一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比：，所以一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比=12：4=3：1，
故答案为：3：1；
（3）氮氧化合物的物质的量=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，已知一氧化氮和二氧化氮的物质的量之比3：1，则一氧化氮的物质的量是0.03mol，二氧化氮的物质的量是0.01mol，根据转移电子守恒得铜的物质的量=$\frac{（0.03×3+0.01×1）mol}{2}$=0.05mol，所以m（Cu）=0.05mol×64g/mol=3.2g；
故答案为：3.2；
（4）Fe²⁺与HNO₃反应生成NO，反应中Fe元素失去电子，N元素得电子，生成的NO与水、氧气反应，NO又失电子，氧气得电子，整个过程中转移的电子守恒，
已知n（O₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，则氧气得到的电子为n（电子）=0.01mol×4=0.04mol，所以Fe²⁺失去的电子的物质的量也是0.04mol，1molFe²⁺反应失去1mol电子，所以n（Fe²⁺）=0.04mol；
故答案为：0.04；
（5）该合金中含有Cu、Fe和O三种元素，由（3）可知Cu的质量为3.2g，由（4）可知m（Fe）=nM=0.04mol×56g/mol=2.24g，
则O元素的质量为5.76g-3.2g-2.24g=0.32g，
故答案为：0.32．

点评 本题考查了铁的性质、氧化还原反应的有关计算，明确物质间的反应是解本题关键，结合原子守恒、转移电子守恒来分析解答即可，难度中等．