Question

现有Fe、Cu组成的合金，其中Cu、Fe的总物质的量为1mol，Cu的物质的量分数为x．研磨成粉末后，全部投入含b mol硝酸的稀溶液中，微热使其充分反应，还原产物只得到NO．试回答下列问题：
（1）用微粒符号填写下列空白（列举出全部可能的情况）．

	①	②	③	④	⑤	⑥
残留固体成分	Fe、Cu	Cu	Cu	-	-	-
溶液中的金属离子

（2）当溶液中金属离子只有Fe²⁺、Fe³⁺、、Cu²⁺时，再加入稀硝酸发生反应的离子方程式为______．
（3）若固体和硝酸恰好完全反应，被还原的硝酸占总量的1/4，则b的取值范围为______．

Answer 1

解：（1）Cu、Fe的混合物与稀硝酸反应，金属可能有剩余，可能没有剩余．金属可能有剩余时，根据共存可知，剩余金属有两种情况：①剩余Fe、Cu，当有Fe剩余时，溶液中能与Fe反应的Fe³⁺、Cu²⁺都不存在，所以溶液中只有Fe²⁺；
②只剩余Cu，溶液中一定不存在与Cu反应的Fe³⁺，根据离子共存，可能只有Fe²⁺；
③通过②知，溶液中还可能存在的离子是Fe²⁺、Cu²⁺；
④当固体没有剩余时，可能存在的情况是：当Fe恰好与硝酸反应生成Fe²⁺，Cu 恰好与硝酸生成Cu²⁺，所以溶液中存在的离子是Fe²⁺、Cu²⁺；
⑤通过④知，固体没有剩余时，生成的Fe³⁺部分反应，根据离子共存，溶液中存在的离子可能的Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；
⑥通过④、⑤知，固体没有剩余时，铁、铜全部被氧化成离子，根据离子共存，溶液中存在的离子可能是Cu²⁺、Fe³⁺；
故答案为：

	①	②	③	④	⑤	⑥
溶液中的金属离子	Fe2+	Fe2+	Fe2+、Cu2+	Fe2+、Cu2+	Fe2+、Fe3+、Cu2+	Cu2+、Fe3+

（2）硝酸有强氧化性，Fe²⁺有还原性，所以硝酸和Fe²⁺能发生氧化还原反应，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，自身被还原成一氧化氮，故答案为：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）当固体没有剩余时，根据离子共存，溶液中存在的离子可能情况分别为：Fe²⁺、Cu²⁺；Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；Cu²⁺、Fe³⁺；
根据铁、铜与硝酸反应的比例关系分析知，当溶液中存在的离子为Fe²⁺、Cu²⁺时，消耗的硝酸最少；
3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
3 8
（1-x）
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O

3 8
x
所以消耗硝酸的量为mol；
当铁恰好反应生成硝酸铁，铜恰好生成硝酸铜时，消耗的硝酸的量最多，
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
3 8
x
Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
1 4
1-x 4（ 1-x ）
所以消耗硝酸的量为mol
故答案为：
分析：（1）根据剩余固体的成分结合物质还原性强弱、离子共存分析；
（2）根据Fe²⁺及稀硝酸的性质分析；
（3）根据离子的成分采用极限法分析；?
点评：本题考查了铁、铜及硝酸的性质，因为铁是变价金属，和硝酸反应又涉及量不同产物不同，所以本题难度较大，可根据固体成分结合离子共存讨论，化繁为简，效果较好．