Question

将10g铁置于40mL某浓度的硝酸中，微热使其充分反应，随着反应的进行，硝酸的浓度降低，生成气体的颜色由红棕色变为无色，反应至结束共收集到气体1792mL气体（均为标况下测定，不考虑N₂O₄存在），最后溶液中尚余4.4g固体．求解下列问题：
（1）原硝酸的物质的量浓度；
（2）生成的混合气体的组成；
（3）该反应过程中的总化学方程式．

Answer 1

最后溶液中尚余4.4g固体，该固体是铁，则溶液中铁以亚铁离子存在，即溶液中的溶质是硝酸亚铁，
（1）反应至结束共收集到气体1792mL气体（均为标况下测定，不考虑N₂O₄存在），混合气体的物质的量=

1.792L

22.4L/mol

=
0.08mol，反应消耗铁的物质的量=

10-4.4

56

mol=0.1mol，无论是二氧化氮还是一氧化氮，n（NO_x）=n（HNO₃）（作氧化剂），n[Fe（NO₃）₂]=

1

2

n（HNO₃）（作酸），根据氮原子守恒，硝酸的物质的量=n（NO_x）+2n[Fe（NO₃）₂]=0.08mol+0.1mol×2
=0.28mol，C（HNO₃）=

0.28mol

0.04L

=7 mol/L，答：原硝酸的物质的量浓度是7 mol/L；
（2）设n（NO）是xmol，n（NO₂）是ymol，结合转移电子守恒列方程组为：

x+y= 1.792 22.4 3×x+1×y= 10-4.4 56 ×2

x=0.06 y=0.02

答：混合气体中一氧化氮和二氧化氮的物质的量分别是 0.06mol、0.02mol；
（3）该反应中，铁先和浓硝酸反应生成硝酸铁和二氧化氮、水，当硝酸降低到一定程度后，硝酸和铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水，当硝酸完全反应后，铁再和硝酸铁反应生成硝酸亚铁，
铁的物质的量是0.1mol，参加反应的硝酸的物质的量是0.28mol，生成一氧化氮的物质的量是0.06mol，二氧化氮的物质的量是0.02mol，则这几种物质之间的计量数之比是0.1mol：0.28mol：0.06mol：0.02mol=5：14：3：1，
所以其方程式为：5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+3NO↑+NO₂↑+7H₂O，
答：该反应过程中的总化学方程式是5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+3NO↑+NO₂↑+7H₂O．