Question

【题目】将铁粉和铜粉的均匀混合物平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸，充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如下表（设硝酸的还原产物只有NO）。下列计算结果正确的是

编号	①	②	③	④
硝酸体积/mL	100	200	300	400
剩余金属/g	18.0	9.6	0	0
NO体积/L	2.24	4.48	6.72	V

A. ①中溶液存在Fe3+ B. 硝酸的浓度为4mol/L

C. ②中溶解了9.6gCu D. ④中V=6.72

Answer 1

【答案】B

【解析】

铁和铜均可以被硝酸氧化，由于还原性强弱关系为Fe>Cu>Fe2+，Fe、Cu、Fe2+将被硝酸依次氧化，过程发生的反应有：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，据此分析。

A. 由表格可知，第①次实验中有固体金属剩余，因为还原性Fe>Cu>Fe2+，剩余的固体是铁和铜的混合物或只有铜，发生的反应有：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，可能部分Cu被氧化3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，所以①溶液中肯定没有Fe3+，A项错误；

B.第②次实验可以看作在第①实验后的混合物中继续加100mL稀硝酸，仍有9.6g固体金属剩余，说明HNO3耗尽，发生的反应只能是这两个反应中的1个或2个：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。产生NO体积4.48L-2.24L=2.24L，n(NO)==0.1mol。根据反应方程式得关系式4HNO3~NO，这100mL稀硝酸中HNO3的物质的量=4n(NO)=4×0.1mol=0.4mol，所以稀硝酸的浓度c(HNO3)= =4mol/L，B项正确；

C. 第②次实验可以看作在第①次实验后的混合物中继续加100mL稀硝酸，这100mL稀硝酸溶解金属的质量为18.0g-9.6g=8.4g，产生NO的物质的量n(NO)==0.1mol，发生的反应只能是这两个反应中的1个或2个：3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O。有关系式3Fe~8HNO3~2NO或3Cu~8HNO3~2NO，溶解金属的物质的量=×n(NO)= ×0.1mol=0.15mol，溶解的金属的平均摩尔质量==56g/mol（恰好是铁的摩尔质量），因此这100mL稀硝酸溶解的全是铁，所以实验②中没有铜溶解，C项错误；

D. 第③次实验可以看作在第②次实验后的混合物中继续加100mL稀硝酸，由表中数据可知，这100mL稀硝酸溶解金属9.6g，产生NO气体体积=6.72L-4.48L=2.24L（即0.1mol），据关系式HNO3~NO~得3e-，反应中转移电子0.3mol。如果全部是铜失电子，有关系式Cu~失2e-，则铜的质量=×64g/mol=9.6g，如果全部是铁失电子，有关系式Fe~2e-，则铁的质量=×56g/mo=8.4g，所以③中9.6g固体全部是铜。结合上面C项分析可知第①、②次实验中参加反应的全部是铁，每份固体中铁的质量为8.4g×2=16.8g，n(Fe)= =0.3mol，第③次实验所得溶液中含Fe(NO3)2的物质的量为0.3mol。继续加100mL稀硝酸则发生的反应是3Fe(NO3)2+4HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，由B项可知100mL稀硝酸中含HNO3的物质的量为0.4mol，因此Fe(NO3)2和HNO3恰好反应完全，生成0.1molNO气体，即标准状况下2.24L，所以第④次实验产生NO气体体积V=6.72L+2.24L=8.96L，D项错误；答案选B。