Question

【題目】硝酸是重要的氧化劑，鐵、銅是生活中常見的金屬．

（1）Fe與Cu混合物與65%的硝酸反應會產生大量NO2，該反應使用的硝酸的物質的量濃度為______mol/L（已知ρ=1.4g/cm3）．

（2）各為0.1mol的Cu與Fe混合物與足量的某濃度的硝酸反應產生4.48L氣體（標準狀況下），則該反應消耗的硝酸為______mol．

（3）4.4gFe與Cu混合物與過量的硝酸反應，放出的氣體與標準狀況下的1.12L的氧氣混合后通入水中恰好被完全吸收，則其中銅的質量為______g．

（4）Fe與Cu混合物共有a mol，其中銅的物質的量分數為X，將該混合物全部投入b mol的硝酸中使其充分反應，假定硝酸的還原產物僅有NO，

①若溶液中金屬離子只有Fe2+、Cu2+時，則b的取值范圍是______（用a、x表示）．

②若x=0.2時，溶液Fe2+與Fe3+的物質的量相等時，在標準狀況下產生NO 6.72L，求a、b的值．（寫出簡要的計算過程）___________

Answer 1

【答案】14.44 0.7 1.6 ＜b≤ a的值為0.375，b的值為1.2

【解析】

(1)依據溶液中溶質物質的量濃度和溶質質量分數的換算關系計算得到，c=；

(2)銅和鐵與足量硝酸反應發生氧化還原反應，硝酸被還原為氮氧化物，金屬被氧化為硝酸鹽，依據氮元素守恒計算元硝酸溶液的濃度；

(3)銅、鐵與過量的硝酸反應生成硝酸銅、硝酸鐵與氮的氧化物，氮的氧化物與氧氣、水反應生成硝酸，縱觀整個過程，金屬提供的電子等于氧氣獲得的電子，根據二者質量與電子轉移列方程計算．根據m=nM計算銅的質量；

(4)①當溶液中的金屬離子只有Fe2+、Cu2+時，說明Cu恰好完全反應或者有剩余，而HNO3和Fe則完全反應（如果有硝酸剩余，則Fe2+則會被進一步氧化為Fe3+；如果有Fe剩余，則會和Cu2+繼續反應），HNO3→NO，N得3電子，設被還原的HNO3為y mol，總計得3y mol電子，Cu→Cu2+，Cu失2電子，設參加反應的Cu為z mol，總計失2z mol電子，

Fe→Fe2+，Fe失2電子，參加反應的Fe為a(1﹣x)mol，總計失2a(1﹣x)mol電子，根據得失電子總數相等，所以：3y=2z+2a(1﹣x) ①，反應中起酸作用的硝酸生成Fe(NO3）2和Cu(NO3)2，起氧化劑作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a(1﹣x)+2z=b ②，聯立方程，消去y，可得b的表達式（用a、x、z表示），參加反應的Cu的物質的量z的取值大于0，最大為ax，帶入b的表達式計算；

②當x=0.2，溶液中Fe3+和Fe2+的物質的量相等時，Cu全部為銅離子，根據得失電子守恒和氮原子守恒計算。

(1)Fe與Cu混合物與65%的硝酸反應會產生大量NO2，該反應使用的硝酸的物質的量濃度==14.44mol/L；

(2)各為0.1mol的Cu與Fe混合物與足量的某濃度的硝酸反應產生4.48L氣體（標準狀況下），物質的量n==0.2mol，銅和鐵與足量硝酸反應發生氧化還原反應，硝酸被還原為氮氧化物，金屬被氧化為硝酸鹽，Cu(NO3)2，Fe(NO3)3，氮元素守恒計算，則該反應消耗的硝酸物質的量=0.1mol×2+0.1mol×3+0.2mol=0.7mol；

(3)銅、鐵與過量硝酸反應生成硝酸銅、硝酸銀鐵與氮的氧化物，氮的氧化物與氧氣、水反應生成硝酸，縱觀整個過程，金屬提供的電子等于氧氣獲得的電子，n(O2)==0.05mol，設Cu、Fe的物質的量分別為x、y，則：根據質量列方程：x×64g/mol+y×56g/mol=4.4g根據電子守恒列方程：2x+3×y=0.05mol×4，解得：x=0.025mol；y=0.05mol ，m(Cu)=0.025mol×64g/mol=1.6g；

(4)①當溶液中的金屬離子只有Fe2+、Cu2+時，說明Cu恰好完全反應或者有剩余，而HNO3和Fe則完全反應（如果有硝酸剩余，則Fe2+則會被進一步氧化為Fe3+；如果有Fe剩余，則會和Cu2+繼續反應），HNO3→NO，N得3電子，設被還原的HNO3為y mol，總計得3y mol電子，Cu→Cu2+，Cu失2電子，設參加反應的Cu為z mol，總計失2z mol電子，Fe→Fe2+，Fe失2電子，參加反應的Fe為a(1﹣x)mol，總計失2a(1﹣x)mol電子，根據得失電子總數相等，所以：3y=2z+2a(1﹣x) ①，反應中起酸作用的硝酸生成Fe(NO3)2和Cu(NO3)2，起氧化劑作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a(1﹣x)+2z=b ②，聯立方程，消去y，整理得b=8z+③，參加反應的Cu的物質的量z的取值大于0，最大為ax，帶入③中，可得＜b≤；

②當x=0.2，溶液中Fe3+和Fe2+的物質的量相等時，Cu全部為銅離子，所以參加反應的Cu為0.2amol，Fe3+和Fe2+的物質的量各為0.4amol，HNO3→NO，N得3電子，產生6.72LNO氣體即0.3mol，總計得0.9 mol電子，Cu→Cu2+，Cu失2電子，則失0.4a mol電子，Fe→Fe2+，Fe失2電子，則失0.8amol電子，Fe→Fe3+，Fe失3電子，則失1.2amol電子，根據得失電子總數相等，所以：0.9=0.4a+0.8a+1.2a，解得a=0.375mol，根據氮原子守恒可知：b=2n(Cu2+)+2n(Fe2+)+3n(Fe3+)+2n(NO)=2×0.2×0.375+2×0.4×0.375+3×0.4×0.375+0.3=1.2mol；