Question

某同學設計如圖所示裝置來試驗用粗鐵粒與某濃度稀硝酸反應制取NO氣體．
（1）當打開開關a，關閉開關b時，A中干燥管中觀察到的實驗現(xiàn)象是

 

，燒杯B中盛的是

 

溶液．當

 

時關閉開關a，打開開關b，此時C中用排水法收集NO氣體．當C中收滿氣體后，關閉開關b，裝置A中觀察到的現(xiàn)象是

 

．
（2）將a mol Fe與含b mol HNO₃的稀溶液充分反應后，若硝酸的還原產(chǎn)物只有NO．試討論分析燒杯A中最后溶液的主要陽離子組成及其物質(zhì)的量，將結果填入表中未完成的空格中．

a b 取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質(zhì)的量
＜ 1 4
= 1 4	a mol Fe3+
大于 1 4 小于 3 8
= 3 8	a mol Fe2+
＞ 3 8

Answer 1

考點：硝酸的化學性質(zhì),鐵的化學性質(zhì)

專題：實驗題,氮族元素

分析：（1）當打開開關a，關閉開關b時，鐵與稀硝酸反應生成NO，NO與裝置內(nèi)氧氣反應生成紅棕色的NO₂，由于氮氧化物有毒，不能排放到空氣中，B中為氫氧化鈉溶液，可用于吸收氣體，防止污染環(huán)境，NO不溶于水，可用排水法收集；
（2）涉及反應有Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO+2H₂O；3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO+4H₂O，根據(jù)反應的方程式計算．

解答： 解：（1）當打開開關a，關閉開關b時，鐵與稀硝酸反應生成NO，NO與裝置內(nèi)氧氣反應生成紅棕色的NO₂，由于氮氧化物有毒，不能排放到空氣中，B中為氫氧化鈉溶液，可用于吸收氣體，防止污染環(huán)境，當體又變無色時，說明NO₂全被吸收，關閉開關a，打開開關b，此時C中用排水法收集NO氣體．當C中收滿氣體后，關閉開關b，裝置A中壓強不斷增大，觀察到的現(xiàn)象是燒杯中液面上升、干燥管內(nèi)液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸，
故答案為：產(chǎn)生無色氣體，逐漸變紅棕色；NaOH；氣體又變無色；燒杯中液面上升、干燥管內(nèi)液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸；
（2）將a mol Fe與含b mol HNO₃的稀溶液充分反應后，發(fā)生反應有Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO+2H₂O；3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO+4H₂O，
①如

a

b

＜

1

4

，說明硝酸過量，則反應有溶液存在Fe³⁺、H⁺，其中n（Fe³⁺）=amol，有方程式可知消耗4amol硝酸，則剩余n（ H⁺）=（b-4a）mol；
②如

a

b

=

1

4

，只發(fā)生Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO+2H₂O，二者恰好反應，反應后n（Fe³⁺）=amol；
③如

a

b

大于

1

4

小于

3

8

，說明發(fā)生Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO+2H₂O；3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO+4H₂O，
設兩個反應分別消耗的Fe為xmol、ymol，
則

x+y=a 4x+ 8 3 y=b

，解之得，x=

3b

4

-2a，y=3a-

3b

4

，
④如

a

b

=

3

8

，恰好發(fā)生3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO+4H₂O，反應后溶液中含有a mol Fe²⁺，
⑤如

a

b

＞

3

8

，說明鐵過量，只發(fā)生3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO+4H₂O，反應后溶液中含有

3b

8

molFe²⁺，
故答案為：

a b 取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質(zhì)的量
＜ 1 4	a mol Fe3+ （b-4a）mol H+
= 1 4	a mol Fe3+
大于 1 4 小于 3 8	（ 3b 4 -2a）mol Fe3+，（3a- 3b 4 ）mol Fe2+
= 3 8	a mol Fe2+
＞ 3 8	3b 8 molFe2+

點評：本題考查硝酸的性質(zhì)，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高頻考點，注意把握相關方程式的書寫，根據(jù)方程式計算，難度中等．