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(yīng)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下生成NO的體積和剩余金屬的質(zhì)量如下表（設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO）。下列計(jì)算結(jié)果正確的是

編號(hào)	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(qiáng)弱關(guān)系為Fe>Cu>Fe2+，F(xiàn)e、Cu、Fe2+將被硝酸依次氧化，過(guò)程發(fā)生的反應(yīng)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(jù)此分析。

A. 由表格可知，第①次實(shí)驗(yàn)中有固體金屬剩余，因?yàn)檫�原性Fe>Cu>Fe2+，剩余的固體是鐵和銅的混合物或只有銅，發(fā)生的反應(yīng)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(méi)有Fe3+，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.第②次實(shí)驗(yàn)可以看作在第①實(shí)驗(yàn)后的混合物中繼續(xù)加100mL稀硝酸，仍有9.6g固體金屬剩余，說(shuō)明HNO3耗盡，發(fā)生的反應(yīng)只能是這兩個(gè)反應(yīng)中的1個(gè)或2個(gè)：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。產(chǎn)生NO體積4.48L-2.24L=2.24L，n(NO)==0.1mol。根據(jù)反應(yīng)方程式得關(guān)系式4HNO3~NO，這100mL稀硝酸中HNO3的物質(zhì)的量=4n(NO)=4×0.1mol=0.4mol，所以稀硝酸的濃度c(HNO3)= =4mol/L，B項(xiàng)正確；

C. 第②次實(shí)驗(yàn)可以看作在第①次實(shí)驗(yàn)后的混合物中繼續(xù)加100mL稀硝酸，這100mL稀硝酸溶解金屬的質(zhì)量為18.0g-9.6g=8.4g，產(chǎn)生NO的物質(zhì)的量n(NO)==0.1mol，發(fā)生的反應(yīng)只能是這兩個(gè)反應(yīng)中的1個(gè)或2個(gè)：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。有關(guān)系式3Fe~8HNO3~2NO或3Cu~8HNO3~2NO，溶解金屬的物質(zhì)的量=×n(NO)= ×0.1mol=0.15mol，溶解的金屬的平均摩爾質(zhì)量==56g/mol（恰好是鐵的摩爾質(zhì)量），因此這100mL稀硝酸溶解的全是鐵，所以實(shí)驗(yàn)②中沒(méi)有銅溶解，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D. 第③次實(shí)驗(yàn)可以看作在第②次實(shí)驗(yàn)后的混合物中繼續(xù)加100mL稀硝酸，由表中數(shù)據(jù)可知，這100mL稀硝酸溶解金屬9.6g，產(chǎn)生NO氣體體積=6.72L-4.48L=2.24L（即0.1mol），據(jù)關(guān)系式HNO3~NO~得3e-，反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.3mol。如果全部是銅失電子，有關(guān)系式Cu~失2e-，則銅的質(zhì)量=×64g/mol=9.6g，如果全部是鐵失電子，有關(guān)系式Fe~2e-，則鐵的質(zhì)量=×56g/mo=8.4g，所以③中9.6g固體全部是銅。結(jié)合上面C項(xiàng)分析可知第①、②次實(shí)驗(yàn)中參加反應(yīng)的全部是鐵，每份固體中鐵的質(zhì)量為8.4g×2=16.8g，n(Fe)= =0.3mol，第③次實(shí)驗(yàn)所得溶液中含Fe(NO3)2的物質(zhì)的量為0.3mol。繼續(xù)加100mL稀硝酸則發(fā)生的反應(yīng)是3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，由B項(xiàng)可知100mL稀硝酸中含HNO3的物質(zhì)的量為0.4mol，因此Fe(NO3)2和HNO3恰好反應(yīng)完全，生成0.1molNO氣體，即標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L，所以第④次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生NO氣體體積V=6.72L+2.24L=8.96L，D項(xiàng)錯(cuò)誤；答案選B。