Question

14．一定量的铁粉和250mL某浓度的硝酸溶液发生反应，图示如下：

根据上述信息，回答下列相关问题：
（1）充分反应后，硝酸无（填“有”或“无”）剩余；投入的铁粉质量为44.8g．
（2）原硝酸溶液中c（HNO₃）=12.8mol/L．
（3）生成的气体中，NO与NO₂的体积比为1：2（不考虑NO₂与N₂O₄的相互转化）．
（4）本题中，铁粉和硝酸总反应的化学方程式为：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O．
（5）将含有1mol溶质的硫酸溶液加入到溶液A中，然后加水稀释到500mL，此时所得溶液最多可溶解金属铜的质量是60.8g．

Answer 1

分析 一定量的铁粉和250mL某浓度的硝酸溶液反应，生成NO、NO₂气体，气体与11.2L氧气、足量的水反应恰好得到硝酸，纵观整个过程Fe失去电子等于氧气获得电子，即Fe与硝酸反应中转移电子为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×4=2mol，而气体恰好为200mL、6mol/L的NaOH溶液完全吸收转化为NaNO₂、NaNO₃，由Na元素、N元素守恒可知n（NO）+n（NO₂）=n（NaOH）=0.2L×6mol/L=1.2mol，结合转移电子守恒：3n（NO）+n（NO₂）=2，联立方程可得：n（NO）=0.4，n（NO₂）=0.8；
溶液A可以使KSCN溶液变红色，说明含有Fe³⁺，也可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明含有Fe²⁺，反应生成
Fe（NO₃）₃，Fe（NO₃）₂，则反应中HNO₃没有剩余，溶液A中加入足量的NaOH溶液，过滤、洗涤、干燥、灼烧，最终得到64g红棕色固体为Fe₂O₃，根据Fe元素守恒可知n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{64g}{160g/mol}$=0.8mol，根据电子转移：3n（Fe³⁺）+2n（Fe²⁺）=2mol，联立可得n（Fe³⁺）=0.4，n（Fe²⁺）=0.4mol，据此解答．

解答 解：一定量的铁粉和250mL某浓度的硝酸溶液反应，生成NO、NO₂气体，气体与11.2L氧气、足量的水反应恰好得到硝酸，纵观整个过程Fe失去电子等于氧气获得电子，即Fe与硝酸反应中转移电子为$\frac{11.2L}{22.4L/mol}$×4=2mol，而气体恰好为200mL、6mol/L的NaOH溶液完全吸收转化为NaNO₂、NaNO₃，由Na元素、N元素守恒可知n（NO）+n（NO₂）=n（NaOH）=0.2L×6mol/L=1.2mol，结合转移电子守恒：3n（NO）+n（NO₂）=2，联立方程可得：n（NO）=0.4，n（NO₂）=0.8；
溶液A可以使KSCN溶液变红色，说明含有Fe³⁺，也可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，说明含有Fe²⁺，反应生成
Fe（NO₃）₃，Fe（NO₃）₂，则反应中HNO₃没有剩余，溶液A中加入足量的NaOH溶液，过滤、洗涤、干燥、灼烧，最终得到64g红棕色固体为Fe₂O₃，根据Fe元素守恒可知n（Fe）=2n（Fe₂O₃）=2×$\frac{64g}{160g/mol}$=0.8mol，根据电子转移：3n（Fe³⁺）+2n（Fe²⁺）=2mol，联立可得n（Fe³⁺）=0.4，n（Fe²⁺）=0.4mol．
（1）由上述分析可知，充分反应后，硝酸无剩余；投入的铁粉质量为0.8mol×56g/mol=44.8g，
故答案为：无；44.8；
（2）根据N元素守恒，n（HNO₃）=3n[（Fe（NO₃）₃]+2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO）+n（NO₂）=0.4mol×3+0.4mol×2+1.2mol=3.2mol，原硝酸溶液中c（HNO₃）=$\frac{3.2mol}{0.25L}$=12.8mol/L，
故答案为：12.8mol/L；
（3）生成的气体中，NO与NO₂的体积比为0.4mol：0.8mol=1：2，
故答案为：1：2；
 （4）生成Fe（NO₃）₃、Fe（NO₃）₂、NO、NO₂的物质的量之比为1：1：1：2，本题中铁粉和硝酸总反应的化学方程式为：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O，
故答案为：2Fe+8HNO₃=Fe（NO₃）₃+Fe（NO₃）₂+NO↑+2NO₂↑+4H₂O；
（5）将含有1mol溶质的硫酸溶液加入到溶液A中，然后加水稀释到500mL，溶液中n（Fe²⁺）=0.4mol、n（H⁺）=2mol、n（NO₃^-）=0.4mol×3+0.4mol×2=2mol，
    3 Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3 Fe³⁺+NO↑+2H₂O
0.4mol  $\frac{1.6}{3}$mol $\frac{0.4}{3}$mol 0.4mol 
剩余n（NO₃^-）=2mol-$\frac{0.4}{3}$mol=$\frac{5.6}{3}$mol，剩余n（H⁺）=2mol-$\frac{1.6}{3}$mol=$\frac{4.4}{3}$mol，
由 3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，可知H⁺不足，故可以溶解Cu为$\frac{4.4}{3}$mol×$\frac{3}{8}$=0.55mol，
反应后溶液中n（Fe³⁺）=0.8mol，由2Fe³⁺+Cu=2 Fe²⁺+Cu²⁺，可知溶解Cu为0.4mol，
故最多溶解Cu为（0.55mol+0.4mol）×64g/mol=60.8g，
故答案为：60.8g．

点评 本题考查混合物计算，注意利用守恒进行解答，（5）为易错点、难点，较好的考查是分析计算能力，难度较大．