Question

3．某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成兩份．向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解9.6g．向另一份中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的量隨鐵粉質(zhì)量增加的變化如圖所示 （已知硝酸只被還原為NO氣體）．
（1）原溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量為0.2mol．
（2）加鐵粉過程中，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為4.48L
（3）H₂SO₄濃度2.5mol•L^-1．

Answer 1

分析 由圖象可知，OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（1）OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化劑作用，根據(jù)鐵的物質(zhì)的量計(jì)算每一份溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量，原溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量為每一份中的2倍；
（2）OA段生成NO，BC段生成氫氣，結(jié)合方程式計(jì)算；
（3）最終消耗14gFe，溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，根據(jù)Fe元素守恒可以計(jì)算n（FeSO₄），再根據(jù)硫酸根守恒計(jì)算每一份溶液中n（H₂SO₄），進(jìn)而計(jì)算硫酸的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：由圖象可知，OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
（1）OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化劑作用，原溶液中NO₃^-的物質(zhì)的量為每一份中的2倍，所以原溶液中n（NO₃^-）=2n（Fe）=2×$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.2mol，故答案為：0.2mol；
（2）OA段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，由方程式可知，生成的n（NO）=n（Fe）=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，BC段發(fā)生反應(yīng)為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，由方程式可知生成的n（H₂）=n（Fe）=0.1mol，故整個(gè)過程中生成氣體為（0.1mol+0.1mol）×22.4L/mol=4.48L，故答案為：4.48L；
（3）最終消耗14gFe，其物質(zhì)的量為$\frac{14g}{56g/mol}$=0.25mol，溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，根據(jù)Fe元素守恒可n（FeSO₄）=n（Fe）=0.25mol，再根據(jù)硫酸根守恒，每一份溶液中n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=0.25mol，故原硫酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{0.25mol}{0.1L}$=2.5mol/L，故答案為：2.5．

點(diǎn)評(píng) 本題以化學(xué)反應(yīng)圖象為載體，考查有關(guān)金屬和酸反應(yīng)的計(jì)算，難度較大，關(guān)鍵根據(jù)圖象分析各段發(fā)生的反應(yīng)，注意與鐵的反應(yīng)中硝酸全部起氧化劑作用．