Question

將10g鐵置于40mL某濃度的硝酸中，微熱使其充分反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進行，硝酸的濃度降低，生成氣體的顏色由紅棕色變?yōu)闊o色，反應(yīng)至結(jié)束共收集到氣體1792mL氣體（均為標況下測定，不考慮N₂O₄存在），最后溶液中尚余4.4g固體．求解下列問題：
（1）原硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（2）生成的混合氣體的組成；
（3）該反應(yīng)過程中的總化學(xué)方程式．

Answer 1

分析：最后溶液中尚余4.4g固體，該固體是鐵，則溶液中鐵以亞鐵離子存在，即溶液中的溶質(zhì)是硝酸亞鐵，
（1）根據(jù)氮原子守恒計算硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（2）根據(jù)氮原子守恒及得失電子數(shù)相等列方程組解出一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量；
（3）該反應(yīng)中，鐵先和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵和二氧化氮、水，當硝酸降低到一定程度后，硝酸和鐵反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水，當硝酸完全反應(yīng)后，鐵再和硝酸鐵反應(yīng)生成硝酸亞鐵，根據(jù)鐵、硝酸、一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量之比確定其計量數(shù)之比，從而得出該反應(yīng)方程式．

解答：解：最后溶液中尚余4.4g固體，該固體是鐵，則溶液中鐵以亞鐵離子存在，即溶液中的溶質(zhì)是硝酸亞鐵，
（1）反應(yīng)至結(jié)束共收集到氣體1792mL氣體（均為標況下測定，不考慮N₂O₄存在），混合氣體的物質(zhì)的量=

1.792L

22.4L/mol

=
0.08mol，反應(yīng)消耗鐵的物質(zhì)的量=

10-4.4

56

mol=0.1mol，無論是二氧化氮還是一氧化氮，n（NO_x）=n（HNO₃）（作氧化劑），n[Fe（NO₃）₂]=

1

2

n（HNO₃）（作酸），根據(jù)氮原子守恒，硝酸的物質(zhì)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：原硝酸的物質(zhì)的量濃度是7 mol/L；
（2）設(shè)n（NO）是xmol，n（NO₂）是ymol，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒列方程組為：

x+y= 1.792 22.4 3×x+1×y= 10-4.4 56 ×2

x=0.06 y=0.02

答：混合氣體中一氧化氮和二氧化氮的物質(zhì)的量分別是 0.06mol、0.02mol；
（3）該反應(yīng)中，鐵先和濃硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵和二氧化氮、水，當硝酸降低到一定程度后，硝酸和鐵反應(yīng)生成硝酸鐵、一氧化氮和水，當硝酸完全反應(yīng)后，鐵再和硝酸鐵反應(yīng)生成硝酸亞鐵，
鐵的物質(zhì)的量是0.1mol，參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量是0.28mol，生成一氧化氮的物質(zhì)的量是0.06mol，二氧化氮的物質(zhì)的量是0.02mol，則這幾種物質(zhì)之間的計量數(shù)之比是0.1mol：0.28mol：0.06mol：0.02mol=5：14：3：1，
所以其方程式為：5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+3NO↑+NO₂↑+7H₂O，
答：該反應(yīng)過程中的總化學(xué)方程式是5Fe+14HNO₃=5Fe（NO₃）₂+3NO↑+NO₂↑+7H₂O．

點評：本題考查了氧化還原反應(yīng)的計算，明確鐵和硝酸反應(yīng)過程中發(fā)生的反應(yīng)是解本題的關(guān)鍵，注意鐵先和硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵，然后鐵再和硝酸鐵反應(yīng)生成硝酸亞鐵，再結(jié)合原子守恒、得失電子守恒來分析解答即可，難度較大．