Question

【題目】將鐵粉和銅粉的均勻混合物平均分成四等份，分別加入同濃度的稀硝酸，充分反應，在標準狀況下生成NO的體積和剩余金屬的質量如下表（設硝酸的還原產物只有NO）。下列計算結果正確的是

編號	①	②	③	④
硝酸體積/mL	100	200	300	400
剩余金屬/g	18.0	9.6	0	0
NO體積/L	2.24	4.48	6.72	V

A. ①中溶液存在Fe3+ B. 硝酸的濃度為4mol/L

C. ②中溶解了9.6gCu D. ④中V=6.72

Answer 1

【答案】B

【解析】

鐵和銅均可以被硝酸氧化，由于還原性強弱關系為Fe>Cu>Fe2+，Fe、Cu、Fe2+將被硝酸依次氧化，過程發生的反應有：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，據此分析。

A. 由表格可知，第①次實驗中有固體金屬剩余，因為還原性Fe>Cu>Fe2+，剩余的固體是鐵和銅的混合物或只有銅，發生的反應有：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，可能部分Cu被氧化3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，所以①溶液中肯定沒有Fe3+，A項錯誤；

B.第②次實驗可以看作在第①實驗后的混合物中繼續加100mL稀硝酸，仍有9.6g固體金屬剩余，說明HNO3耗盡，發生的反應只能是這兩個反應中的1個或2個：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。產生NO體積4.48L-2.24L=2.24L，n(NO)==0.1mol。根據反應方程式得關系式4HNO3~NO，這100mL稀硝酸中HNO3的物質的量=4n(NO)=4×0.1mol=0.4mol，所以稀硝酸的濃度c(HNO3)= =4mol/L，B項正確；

C. 第②次實驗可以看作在第①次實驗后的混合物中繼續加100mL稀硝酸，這100mL稀硝酸溶解金屬的質量為18.0g-9.6g=8.4g，產生NO的物質的量n(NO)==0.1mol，發生的反應只能是這兩個反應中的1個或2個：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。有關系式3Fe~8HNO3~2NO或3Cu~8HNO3~2NO，溶解金屬的物質的量=×n(NO)= ×0.1mol=0.15mol，溶解的金屬的平均摩爾質量==56g/mol（恰好是鐵的摩爾質量），因此這100mL稀硝酸溶解的全是鐵，所以實驗②中沒有銅溶解，C項錯誤；

D. 第③次實驗可以看作在第②次實驗后的混合物中繼續加100mL稀硝酸，由表中數據可知，這100mL稀硝酸溶解金屬9.6g，產生NO氣體體積=6.72L-4.48L=2.24L（即0.1mol），據關系式HNO3~NO~得3e-，反應中轉移電子0.3mol。如果全部是銅失電子，有關系式Cu~失2e-，則銅的質量=×64g/mol=9.6g，如果全部是鐵失電子，有關系式Fe~2e-，則鐵的質量=×56g/mo=8.4g，所以③中9.6g固體全部是銅。結合上面C項分析可知第①、②次實驗中參加反應的全部是鐵，每份固體中鐵的質量為8.4g×2=16.8g，n(Fe)= =0.3mol，第③次實驗所得溶液中含Fe(NO3)2的物質的量為0.3mol。繼續加100mL稀硝酸則發生的反應是3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，由B項可知100mL稀硝酸中含HNO3的物質的量為0.4mol，因此Fe(NO3)2和HNO3恰好反應完全，生成0.1molNO氣體，即標準狀況下2.24L，所以第④次實驗產生NO氣體體積V=6.72L+2.24L=8.96L，D項錯誤；答案選B。