Question

19．為了測定某碳素鋼（假設(shè)只含鐵和碳）的含碳量，將10.000g鋼樣完全溶解于過量的熱濃硝酸中，產(chǎn)生了0.300mol的氣體（假設(shè)氣體全部逸出，N₂O₄已折算為NO₂）．氣體用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液完全吸收后，只生成兩種鹽，溶液蒸干后得到不含結(jié)晶水的固體32.664g．計(jì)算：
（1）鋼樣的含碳量；
（2）參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量．

Answer 1

分析 （1）若鐵與濃硝酸反應(yīng)生成的完全為二氧化氮，根據(jù)反應(yīng)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂0、Fe+6HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O可知，當(dāng)C為0時(shí)生成氣體的量最少，則10g鐵完全反應(yīng)生成二氧化氮的物質(zhì)的量為：$\frac{10g}{56g/mol}$×3≈0.536mol＞0.300mol，所以鐵與硝酸反應(yīng)生成的氣體為NO、NO₂的混合物；再根據(jù)氣體用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液（氫氧化鈉遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量）完全吸收后，只生成兩種鹽可知，生成的鹽為碳酸鈉和亞硝酸鈉，說明生成的NO、NO₂的物質(zhì)的量相等，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量都為x，該碳素鋼中含有C為y，
根據(jù)反應(yīng)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂0可知，ymolC與濃硝酸反應(yīng)生成ymol二氧化碳、4ymol二氧化氮，
鐵與濃硝酸反應(yīng)生成的二氧化氮為：x-4y，根據(jù)反應(yīng)Fe+6HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O、Fe+4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，該鋼中含有鐵的物質(zhì)的量為：$\frac{3}{2}$x+$\frac{1}{3}$（x-4y），根據(jù)該鋼的質(zhì)量可得：①[x+$\frac{1}{3}$（x-4y）]×56+12y=10.00，再根據(jù)氣體的總物質(zhì)的量可得：②y+2x=0.3，聯(lián)立①②計(jì)算出x、y，再計(jì)算出該鋼樣的含碳量；
（2）根據(jù)（1）計(jì)算結(jié)果及反應(yīng)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂0、Fe+6HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O、Fe+4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O計(jì)算出反應(yīng)中消耗硝酸的總物質(zhì)的量．

解答 解：（1）若鐵與濃硝酸反應(yīng)生成的完全為二氧化氮，根據(jù)反應(yīng)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂0、Fe+6HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O可知，當(dāng)C為0時(shí)生成氣體的量最少，則10g鐵完全反應(yīng)生成二氧化氮的物質(zhì)的量為：$\frac{10g}{56g/mol}$×3≈0.536mol＞0.300mol，所以鐵與硝酸反應(yīng)生成的氣體為NO、NO₂的混合物；再根據(jù)氣體用50.00mL 12.00mol/L的NaOH溶液（氫氧化鈉遠(yuǎn)遠(yuǎn)過量）完全吸收后，只生成兩種鹽可知，生成的鹽為碳酸鈉和亞硝酸鈉，說明生成的NO、NO₂的物質(zhì)的量相等，設(shè)NO、NO₂的物質(zhì)的量都為x，該碳素鋼中含有C為y，
根據(jù)反應(yīng)C+4HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+4NO₂↑+2H₂0可知，ymolC與濃硝酸反應(yīng)生成ymol二氧化碳、4ymol二氧化氮，
鐵與濃硝酸反應(yīng)生成的二氧化氮為：x-4y，根據(jù)反應(yīng)Fe+6HNO₃（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+3NO₂↑+3H₂O、Fe+4HNO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，該鋼中含有鐵的物質(zhì)的量為：$\frac{3}{2}$x+$\frac{1}{3}$（x-4y），根據(jù)該鋼的質(zhì)量可得：①[x+$\frac{1}{3}$（x-4y）]×56+12y=10.00，
根據(jù)氣體的總物質(zhì)的量可得：②y+2x=0.3，
聯(lián)立①②解得：x=0.144mol、y=0.012mol，
即：該鋼中含有0.012molC，其含碳量為：$\frac{12g/mol×0.012mol}{10.00g}$×100%=1.44%，
答：該鋼樣的含碳量為1.44%；
（2）0.012molC消耗硝酸的物質(zhì)的量為：0.012mol×4=0.048mol，
生成0.144molNO消耗硝酸的物質(zhì)的量為：0.144mol×4=0.576mol，
鐵與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮的物質(zhì)的量為：0.144mol-0.012mol×4=0.096mol，反應(yīng)生成0.096mol二氧化氮消耗硝酸的物質(zhì)的量為：0.096mol×$\frac{6}{3}$=0.192mol，
所以反應(yīng)中消耗硝酸的總物質(zhì)的量為：0.048mol+0.576mol+0.192mol=0.816mol，
答：參加反應(yīng)的硝酸的物質(zhì)的量為0.816mol．

點(diǎn)評 本題考查了混合物反應(yīng)的計(jì)算，題目難度較大，根據(jù)生成氣體的量及生成兩種鹽判斷反應(yīng)氣體組成及生成固體的組成為解答關(guān)鍵，注意明確一氧化氮、二氧化氮與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)原理，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力．