题目内容
【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
【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。
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