Question

11．已知：①稀硝酸有强氧化剂，其还原产物通常为NO气体；
②铁可被稀硝酸氧化生成Fe²⁺或Fe³⁺．
现将16.8g铁粉投入到含b molHNO₃的稀硝酸中，
（1）写出可能发生的两个反应的化学方程式．
（2）当0.8＜b＜1.2时，试分析反应后溶液中溶质的成分及物质的量．

Answer 1

分析 （1）当铁足量时，铁与稀硝酸反应生成硝酸亚铁，当铁不足时，二者反应生成硝酸铁，据此写出反应的化学方程式；
（2）先根据n=$\frac{m}{M}$计算出16.8g铁的物质的量，再根据反应方程式讨论反应产物完全为硝酸铁或硝酸亚铁时需要消耗硝酸的物质的量，再根据题中b的范围确定产物组成，最后列出方程组计算即可．

解答 解：（1）铁与稀硝酸的反应中，当当铁足量时，铁与稀硝酸反应生成硝酸亚铁、NO气体和水，反应的化学方程式为：3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；当铁不足时，二者反应生成硝酸铁、NO气体和水，反应的化学方程式为：Fe+4HNO₃═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O，
答：可能发生的两个反应的化学方程式为：3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O或Fe+4HNO₃═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O；
（2）16.8g铁的物质的量为：$\frac{16.8g}{56g/mol}$=0.3mol，根据反应方程式3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe+4HNO₃═Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O可知，当生成的完全为硝酸铁时，消耗硝酸的物质的量为：0.3mol×$\frac{4}{1}$=1.2mol，当生成的完全为硝酸亚铁时，消耗硝酸的物质的量为：0.3mol×$\frac{8}{3}$=0.8mol，
由于硝酸的物质的量b满足0.8＜b＜1.2，所以反应生成的产物是Fe（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃的混合物，
设反应生成Fe（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃的物质的量分别为x、y，
则：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.3}\\{\frac{8}{3}x+4y=b}\end{array}\right.$，
解得：x=$\frac{3.6-3b}{4}$mol、y=$\frac{3b-2.4}{4}$mol，
答：当0.8＜b＜1.2时，反应后溶液中溶质为Fe（NO₃）₂和Fe（NO₃）₃，物质的量分别为Fe（NO₃）₂：$\frac{3.6-3b}{4}$mol、Fe（NO₃）₃：$\frac{3b-2.4}{4}$mol．

点评 本题考查了有关范围讨论的计算、混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握讨论法、质量守恒定律在化学计算中应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．