Question

【題目】某同學(xué)設(shè)計如下圖所示裝置來試驗用粗鐵粒與某濃度稀硝酸反應(yīng)制取NO氣體。

（1）當(dāng)打開開關(guān)a，關(guān)閉開關(guān)b時，A中干燥管中觀察到的實驗現(xiàn)象是 ，燒杯B中盛的是 溶液。當(dāng) 時關(guān)閉開關(guān)a，打開開關(guān)b，此時C中用排水法收集NO氣體。當(dāng)C中收滿氣體后，關(guān)閉開關(guān)b，裝置A中觀察到的現(xiàn)象是① ；② 。

（2）將a mol Fe與含b mol HNO3的稀溶液充分反應(yīng)后，若硝酸的還原產(chǎn)物只有NO。試討論分析燒杯A中最后溶液的主要陽離子組成及其物質(zhì)的量，將結(jié)果填入下表未完成的空格中。

a/b取值范圍	最終溶液中的主要陽離子及其物質(zhì)的量
<1/4
=1/4	a mol Fe3+
大于1/4小于3/8
=3/8	a mol Fe2+
>3/8

Answer 1

【答案】

（1）產(chǎn)生無色氣體，逐漸變紅棕色 NaOH 氣體又變無色

①燒杯中液面上升，干燥管內(nèi)液面下降 ②干燥管中固體與溶液脫離

（2）

a/b取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質(zhì)的量
<1/4	amolFe3+(b-4a)molH+
=1/4	amolFe3+
大于1/4小于3/8	(3b/4-2a)molFe3+，(3a-3b/4)molFe2+
=3/8	amolFe2+
>3/8	3b/8molFe2+

【解析】

試題分析：（1）當(dāng)打開開關(guān)a，關(guān)閉開關(guān)b時，鐵與稀硝酸反應(yīng)生成NO，NO與裝置內(nèi)氧氣反應(yīng)生成紅棕色的NO2，由于氮氧化物有毒，不能排放到空氣中，B中為氫氧化鈉溶液，可用于吸收氣體，防止污染環(huán)境，當(dāng)體又變無色時，說明NO2全被吸收，關(guān)閉開關(guān)a，打開開關(guān)b，此時C中用排水法收集NO氣體．當(dāng)C中收滿氣體后，關(guān)閉開關(guān)b，裝置A中壓強(qiáng)不斷增大，觀察到的現(xiàn)象是燒杯中液面上升、干燥管內(nèi)液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸，故答案為：產(chǎn)生無色氣體，逐漸變紅棕色；NaOH；氣體又變無色；燒杯中液面上升、干燥管內(nèi)液面下降、干燥管中固體與溶液脫離接觸；

（2）將a mol Fe與含b mol HNO3的稀溶液充分反應(yīng)后，發(fā)生反應(yīng)有Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，

①如＜，說明硝酸過量，則反應(yīng)有溶液存在Fe3+、H+，其中n(Fe3+)=amol，有方程式可知消耗4amol硝酸，則剩余n( H+)=(b-4a)mol；

②如=，只發(fā)生Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O，二者恰好反應(yīng)，反應(yīng)后n(Fe3+)=amol；

③如大于小于，說明發(fā)生Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，

設(shè)兩個反應(yīng)分別消耗的Fe為xmol、ymol，

則x+y＝a，4x+y=b，解之得，x=-2a，y=3a-，

④如=，恰好發(fā)生3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，反應(yīng)后溶液中含有a mol Fe2+，

⑤如＞，說明鐵過量，只發(fā)生3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，反應(yīng)后溶液中含有molFe2+，

故答案為：

取值范圍	最終溶液中的陽離子及其物質(zhì)的量
＜	a mol Fe3+ (b-4a)mol H+
=	a mol Fe3+
大于小于	(-2a)mol Fe3+，(3a-)mol Fe2+
=	a mol Fe2+
＞	molFe2+