Question

5．將鐵粉和銅粉的均勻混合物，平均分為四等分，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)量表如表（設(shè)硝酸的還原產(chǎn)物只有NO）

編號(hào)	①	②	③	④
稀硝酸體積/ml	100mL	200mL	300mL	400mL
剩余金屬/g	18.0g	9.6g	0	0
NO體積/L	2.24L	4.48L	6.7L	V

試計(jì)算：
（1）硝酸的濃度．
（2）每份金屬混合物的總質(zhì)量．
（3）實(shí)驗(yàn)④中V的值．

Answer 1

分析 由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價(jià)，在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為18g-9.6g=8.4g，
生成NO的體積為4480mL-2240mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為：$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，
參加反應(yīng)金屬的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，
故該過(guò)程只有Fe參加反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)①只有Fe參與反應(yīng)，
根據(jù)NO的體積結(jié)合方程式計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量、參加反應(yīng)Fe的物質(zhì)的量，
根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算硝酸的物質(zhì)的量濃度，根據(jù)m=nM計(jì)算①中參加反應(yīng)Fe的質(zhì)量；
在實(shí)驗(yàn)②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.6g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
若該過(guò)程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，
則Cu的物質(zhì)的量=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g，等于參加反應(yīng)金屬的質(zhì)量，
故該過(guò)程只有Cu反應(yīng)，且Cu恰好完全反應(yīng)，
故加入200mL硝酸時(shí)，F(xiàn)e恰好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
根據(jù)亞鐵離子的物質(zhì)的量，利用電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算該階段生成NO的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計(jì)算該階段生成NO的體積，進(jìn)而計(jì)算V的值；
每份金屬混合物為①中溶解的Fe與實(shí)驗(yàn)①剩余的金屬的質(zhì)量之和．

解答 解：由表中數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)①②都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價(jià)，在實(shí)驗(yàn)①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為18g-9.6g=8.4g，
生成NO的體積為4480mL-2240mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，參加反應(yīng)金屬的物質(zhì)的量為：$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，
參加反應(yīng)金屬的平均摩爾質(zhì)量為：$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，
故該過(guò)程只有Fe參加反應(yīng)，故實(shí)驗(yàn)①只有Fe參與反應(yīng)；
在實(shí)驗(yàn)②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.6g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，
若該過(guò)程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，
則Cu的物質(zhì)的量=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g，等于參加反應(yīng)金屬的質(zhì)量，
故該過(guò)程只有Cu反應(yīng)，且Cu恰好完全反應(yīng)，
故加入200mL硝酸時(shí)，F(xiàn)e恰好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
（1）由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)①發(fā)生反應(yīng)3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物質(zhì)的量為：$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，
根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為0.1mol×4=0.4mol，
故硝酸的物質(zhì)的量濃度為：$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
答：硝酸的濃度為4mol/L；
（2）由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)①發(fā)生反應(yīng)3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)方程式可知，參加反應(yīng)的Fe的物質(zhì)的量為0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，
故參加反應(yīng)Fe的質(zhì)量=0.15mol×56g/mol=8.4g，即①中溶解了8.4gFe，
故每份溶液中含有金屬的質(zhì)量為：8.4g+18g=26.4g，
答：每份金屬混合物的質(zhì)量為26.4g；
（3）由上述分析可知，實(shí)驗(yàn)②中Fe與硝酸恰好反應(yīng)生成硝酸亞鐵，生成NO的物質(zhì)的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
由3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，溶液中亞鐵離子的物質(zhì)的量為0.3mol，在實(shí)驗(yàn)③的基礎(chǔ)上再加入100mL硝酸，為硝酸與溶液中亞鐵離子反應(yīng)生成NO，
根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒可知，生成NO的物質(zhì)的量=$\frac{0.3mol×（3-2）}{5-2}$=0.1mol，
故生成NO的體積為：0.1mol×22.4L/mol=2.24L=2240mL，
故V=6720+2240=8960，
答：實(shí)驗(yàn)④中V的值為8960．

點(diǎn)評(píng) 本題考查混合物的有關(guān)計(jì)算、化學(xué)方程式的計(jì)算，題目難度較大，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷各階段發(fā)生的反應(yīng)是關(guān)鍵，側(cè)重對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算量較大，試題充分考查了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．