Question

【題目】16.8 g Fe 跟一定量濃 HNO3 反應，Fe 全部溶解，共收集 NO、NO2 的總體積為 11.2 L(標準狀況)，所得溶液中 H＋的物質的量為 0.02 mol，請回答：

(1)反應中被還原的硝酸為_______________mol。

(2)反應過程中轉移電子數為_______________。

(3)生成的 NO 與 NO2 的物質的量之比為__________________。

(4)反應后溶液中 NO3－的物質的量為___________mol。

(5)寫出該反應的離子方程式：___________________________。

Answer 1

【答案】0.5 0.9NA 2:3 0.92 3Fe + 14H+ + 5NO3 - === 3Fe3+ + 2NO2↑ + 3NO ↑+7H2O

【解析】

由題意知濃硝酸的量“一定”，鐵跟濃硝酸反應時HNO3被還原為NO2，當濃硝酸逐漸變稀后，HNO3被還原為NO。根據電子得失守恒和元素守恒進行相關計算。

(1)HNO3被還原的產物是NO和NO2氣體，11.2LNO和NO2混合氣體總物質的量==0.5mol，根據氮元素守恒可知，反應中被還原的硝酸物質的量為0.5mol。

(2)由題意知最后溶液中仍有H+，說明HNO3過量，16.8gFe全部溶解，說明反應中轉移的電子數由16.8gFe決定。16.8gFe的物質的量==0.3mol，反應中每個Fe原子失去3個電子，所以0.3molFe失去電子的物質的量=0.3mol×3=0.9mol，即反應過程中轉移電子數為0.9NA。

(3)由反應中電子得失守恒可知，生成0.5molNO和NO2混合氣體時HNO3共得到0.9mol電子，由化合價變化知HNO3~NO~得3e-，HNO3~NO2~得1e-，設混合氣體中含有NO和NO2的物質的量分別為n(NO)、n(NO2)，有方程式組，解得，因此，生成的NO與NO2的物質的量之比為0.2mol:0.3mol=2:3。

(4)反應得到的是HNO3和Fe(NO3)3混合溶液，其中HNO3的物質的量為0.02mol，Fe(NO3)3的物質的量為0.3mol，所以反應后溶液中NO3－的物質的量=0.02mol+0.3mol×3=0.92mol。

(5)根據上述分析可知，鐵與硝酸反應生成Fe3+、NO、NO2和H2O，其中NO與NO2計量數之比為2:3，根據電子得失守恒、電荷守恒、質量守恒配平，該反應的離子方程式為：3Fe+14H++5NO3 -＝3Fe3++2NO2↑+3NO↑+7H2O。