Question

【題目】硝酸是一種重要的化工原料，用來制取一系列硝酸鹽類氮肥，如硝酸銨、硝酸鉀等；也用來制取含硝基的炸藥等。試回答下列問題：

（1）某同學(xué)對鐵與稀硝酸的反應(yīng)進(jìn)行探究，若HNO3只被還原成NO，則：

①寫出鐵與過量稀硝酸反應(yīng)的離子方程式：__。

②寫出過量鐵與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式：__。

③若28g鐵與含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反應(yīng)，則生成的Fe3＋和Fe2＋的物質(zhì)的量之比為__。上述反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)后的溶液中加足量氫氧化鈉溶液，濾出沉淀洗滌后，在空氣中灼燒至質(zhì)量不變，最終得到的固體質(zhì)量為__g。

（2）飲用水中NO3-對人類健康會產(chǎn)生危害，為了降低飲用水中NO3-的濃度，某飲用水研究人員提出，可在堿性條件下用鋁粉將NO3-還原為N2。

①配平方程式：__Al＋__NO3-＋__OH－＋__=__[Al(OH)4]－＋__N2↑。

②上述反應(yīng)中，還原劑與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是__，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.3mol，生成__mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)N2。

【答案】Fe＋NO3-＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O 3Fe＋2NO3-＋8H＋=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O 2∶3 40 10 6 4 18H2O 10 3 10∶3 672

【解析】

(1)①鐵與過量稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、NO和水，離子方程式為Fe＋NO3-＋4H＋=Fe3＋＋NO↑＋2H2O；

②過量鐵與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸亞鐵、NO和水，離子方程式為3Fe＋2NO3-＋8H＋=3Fe2＋＋2NO↑＋4H2O；

③28g鐵的物質(zhì)的量為0.5mol，與含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反應(yīng)，設(shè)生成的Fe3＋和Fe2＋的物質(zhì)的量分別是xmol、ymol，即生成xmol硝酸鐵和ymol硝酸亞鐵，根據(jù)N原子守恒知，生成NO的物質(zhì)的量為(1.6－3x－2y)mol，根據(jù)得失電子守恒有3x＋2y＝3(1.6－3x－2y)，又有x＋y＝0.5，解得x＝0.2，y＝0.3，則生成的Fe3＋和Fe2＋的物質(zhì)的量之比為2∶3；上述反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)后的溶液中加足量氫氧化鈉溶液，濾出沉淀洗滌后，在空氣中灼燒至質(zhì)量不變，由于生成的氫氧化亞鐵在空氣中易被氧化為氫氧化鐵，氫氧化鐵受熱分解最終得到的固體是氧化鐵，故其物質(zhì)的量為0.5mol×＝0.25mol，質(zhì)量為40g；

(2)①根據(jù)得失電子守恒、原子守恒及電荷守恒，可知離子方程式為10Al＋6NO3-＋4OH－＋18H2O=10[Al(OH)4]－＋3N2↑；

②上述反應(yīng)中，還原劑是Al，還原產(chǎn)物是N2，其物質(zhì)的量之比為10∶3；由方程式可知，生成3molN2時(shí)轉(zhuǎn)移電子30mol，所以反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.3mol，生成N2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為×22.4L·mol－1＝0.672L＝672mL。

【點(diǎn)睛】

金屬與硝酸反應(yīng)的計(jì)算一般常采用以下方法：①原子守恒法：HNO3與金屬反應(yīng)時(shí)，一部分HNO3起酸的作用，以NO的形式存在于溶液中；一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物，這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量；②得失電子守恒法：HNO3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，HNO3中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量；③電荷守恒法：HNO3過量時(shí)反應(yīng)后溶液中(不考慮OH－)有：c(NO3－)＝c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子)；④離子方程式計(jì)算法：金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時(shí)，由于溶液中NO3－在H2SO4提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng)，因此此類題目應(yīng)用離子方程式來計(jì)算，先作過量判斷，然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或NO3－進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，且溶液中要符合電荷守恒。

【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】如圖是氮元素的幾種價(jià)態(tài)與物質(zhì)類別的對應(yīng)關(guān)系。請回答下列問題：

（1）寫出N2的一種用途：___。

（2）HNO3與圖中的物質(zhì)C常用于檢驗(yàn)Cl－的在，則C的化學(xué)式為___。

（3）實(shí)驗(yàn)室制取物質(zhì)B的化學(xué)方程式為____。

（4）NO2與水反應(yīng)生成物質(zhì)A的化學(xué)方程式為____。

（5）濃硝酸與木炭在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

Answer 1

【答案】做保護(hù)氣(或做冷凍劑、制氨氣等) AgNO3 Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O 3NO2＋H2O===2HNO3＋NO 4HNO3(濃)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O

【解析】

(1)由于氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)不活潑，所以可做保護(hù)氣，也可做冷凍劑、制氨氣等；

(2)檢驗(yàn)Cl－的方法是先向待測液中加入硝酸酸化，再滴加AgNO3溶液，若產(chǎn)生白色沉淀，則證明待測液中含有Cl－，因此C為AgNO3；

(3)B是NH3，在實(shí)驗(yàn)室中用銨鹽與堿共熱來制取NH3，化學(xué)方程式為Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O；

(4)A是NO，NO2與水反應(yīng)生成NO的化學(xué)方程式為3NO2＋H2O=2HNO3＋NO；

(5)濃硝酸有強(qiáng)氧化性，與木炭在加熱條件下發(fā)生反應(yīng)生成CO2、NO2和H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4HNO3(濃)＋CCO2↑＋4NO2↑＋2H2O；