Question

16．將鐵粉和銅粉的均勻混合物，平均分成三等份，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）

編號	①	②	③
稀硝酸體積/mL	100	200	300
剩余金屬/g	30.4	22	12.8
NO體積/mL	2240	4480	6720

由上述數(shù)據(jù)推測：
（1）硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（2）③中溶解金屬的成分是什么？其相應(yīng)的質(zhì)量為多少克？

Answer 1

分析 （1）由表中數(shù)據(jù)可知，實驗中都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價，在實驗①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為30.4g-22g=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，故該過程只有Fe參加反應(yīng)，故實驗①只有Fe參與反應(yīng)，根據(jù)方程式計算硝酸的物質(zhì)的量，根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計算硝酸的物質(zhì)的量濃度；
（2）在實驗②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.2g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，若該過程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則Cu的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g＞9.2g，故該過程中Fe、Cu反應(yīng)，則③中溶解的金屬為Fe、Cu．
根據(jù)（1）分析計算實驗①中溶解Fe的質(zhì)量，進而計算實驗③溶解金屬質(zhì)量，再結(jié)合轉(zhuǎn)移電子守恒列方程計算③中溶解Fe、Cu物質(zhì)的量，進而計算參加反應(yīng)Fe、Cu的質(zhì)量．

解答 解：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，實驗中都有金屬剩余，則溶液中不可能含有硝酸鐵，溶液中金屬離子為+2價，在實驗①的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為30.4g-22g=8.4g，生成NO的體積為4480mL-2240mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=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，故該過程只有Fe參加反應(yīng)，故實驗①只有Fe參與反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，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=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
答：硝酸的物質(zhì)的量濃度為4mol/L；
（2）在實驗②的基礎(chǔ)上加入100mL硝酸，參加反應(yīng)的金屬的質(zhì)量為9.2g，生成NO的體積為6720mL-4480mL=2240mL，NO物質(zhì)的量為0.1mol，若該過程只有Cu參加反應(yīng)，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒，則Cu的物質(zhì)的量為$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的質(zhì)量=0.15mol×64g/mol=9.6g＞9.2g，故該過程中Fe、Cu反應(yīng)，則③中溶解的金屬為Fe、Cu；
根據(jù)（1）分析計可知，實驗①中溶解Fe的質(zhì)量為8.4g，則實驗③溶解金屬質(zhì)量為30.4g+8.4g-12.8g=26g，③中生成NO為$\frac{6.72L}{22.4L．mol}$=0.3mol，
設(shè)參加反應(yīng)Fe、Cu的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：
$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=26}\\{2x+2y=0.3×3}\end{array}\right.$
解得x=0.35，y=0.1
故參加反應(yīng)Fe的質(zhì)量為0.35mol×56g/mol=19.6g
參加反應(yīng)Cu的質(zhì)量為0.1mol×64g/mol=6.4g，
答：③中溶解金屬為Fe、Cu，它們的質(zhì)量分別為19.6g、6.4g．

點評 本題考查混合物的有關(guān)計算，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷各階段發(fā)生的反應(yīng)是解題關(guān)鍵，側(cè)重對學(xué)生綜合能力的考查，本題過程復(fù)雜、計算量較大，為易錯題目，難度較大．