【題目】硝酸是一種重要的化工原料,用來制取一系列硝酸鹽類氮肥,如硝酸銨、硝酸鉀等;也用來制取含硝基的炸藥等。試回答下列問題:
(1)某同學(xué)對鐵與稀硝酸的反應(yīng)進(jìn)行探究,若HNO3只被還原成NO,則:
①寫出鐵與過量稀硝酸反應(yīng)的離子方程式:__。
②寫出過量鐵與稀硝酸反應(yīng)的離子方程式:__。
③若28g鐵與含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反應(yīng),則生成的Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量之比為__。上述反應(yīng)結(jié)束后,向反應(yīng)后的溶液中加足量氫氧化鈉溶液,濾出沉淀洗滌后,在空氣中灼燒至質(zhì)量不變,最終得到的固體質(zhì)量為__g。
(2)飲用水中NO3-對人類健康會產(chǎn)生危害,為了降低飲用水中NO3-的濃度,某飲用水研究人員提出,可在堿性條件下用鋁粉將NO3-還原為N2。
①配平方程式:__Al+__NO3-+__OH-+__=__[Al(OH)4]-+__N2↑。
②上述反應(yīng)中,還原劑與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比是__,反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.3mol,生成__mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)N2。
【答案】Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O 3Fe+2NO3-+8H+=3Fe2++2NO↑+4H2O 2∶3 40 10 6 4 18H2O 10 3 10∶3 672
【解析】
(1)①鐵與過量稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵、NO和水,離子方程式為Fe+NO3-+4H+=Fe3++NO↑+2H2O;
②過量鐵與稀硝酸反應(yīng)生成硝酸亞鐵、NO和水,離子方程式為3Fe+2NO3-+8H+=3Fe2++2NO↑+4H2O;
③28g鐵的物質(zhì)的量為0.5mol,與含1.6mol硝酸的稀硝酸恰好完全反應(yīng),設(shè)生成的Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量分別是xmol、ymol,即生成xmol硝酸鐵和ymol硝酸亞鐵,根據(jù)N原子守恒知,生成NO的物質(zhì)的量為(1.6-3x-2y)mol,根據(jù)得失電子守恒有3x+2y=3(1.6-3x-2y),又有x+y=0.5,解得x=0.2,y=0.3,則生成的Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量之比為2∶3;上述反應(yīng)結(jié)束后,向反應(yīng)后的溶液中加足量氫氧化鈉溶液,濾出沉淀洗滌后,在空氣中灼燒至質(zhì)量不變,由于生成的氫氧化亞鐵在空氣中易被氧化為氫氧化鐵,氫氧化鐵受熱分解最終得到的固體是氧化鐵,故其物質(zhì)的量為0.5mol×=0.25mol,質(zhì)量為40g;
(2)①根據(jù)得失電子守恒、原子守恒及電荷守恒,可知離子方程式為10Al+6NO3-+4OH-+18H2O=10[Al(OH)4]-+3N2↑;
②上述反應(yīng)中,還原劑是Al,還原產(chǎn)物是N2,其物質(zhì)的量之比為10∶3;由方程式可知,生成3molN2時轉(zhuǎn)移電子30mol,所以反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子0.3mol,生成N2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)為×22.4L·mol-1=0.672L=672mL。
【點睛】
金屬與硝酸反應(yīng)的計算一般常采用以下方法:①原子守恒法:HNO3與金屬反應(yīng)時,一部分HNO3起酸的作用,以NO的形式存在于溶液中;一部分作為氧化劑轉(zhuǎn)化為還原產(chǎn)物,這兩部分中氮原子的總物質(zhì)的量等于反應(yīng)消耗的HNO3中氮原子的物質(zhì)的量;②得失電子守恒法:HNO3與金屬的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng),HNO3中氮原子得到電子的物質(zhì)的量等于金屬失電子的物質(zhì)的量;③電荷守恒法:HNO3過量時反應(yīng)后溶液中(不考慮OH-)有:c(NO3-)=c(H+)+nc(Mn+)(Mn+代表金屬離子);④離子方程式計算法:金屬與H2SO4、HNO3的混合酸反應(yīng)時,由于溶液中NO3-在H2SO4提供H+的條件下能繼續(xù)與金屬反應(yīng),因此此類題目應(yīng)用離子方程式來計算,先作過量判斷,然后根據(jù)完全反應(yīng)的金屬或H+或NO3-進(jìn)行相關(guān)計算,且溶液中要符合電荷守恒。
【題型】綜合題
【結(jié)束】
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【題目】如圖是氮元素的幾種價態(tài)與物質(zhì)類別的對應(yīng)關(guān)系。請回答下列問題:
(1)寫出N2的一種用途:___。
(2)HNO3與圖中的物質(zhì)C常用于檢驗Cl-的存在,則C的化學(xué)式為___。
(3)實驗室制取物質(zhì)B的化學(xué)方程式為____。
(4)NO2與水反應(yīng)生成物質(zhì)A的化學(xué)方程式為____。
(5)濃硝酸與木炭在加熱條件下反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。