Question

【题目】硝酸是重要的氧化剂，铁、铜是生活中常见的金属．
（1）Fe与Cu混合物与65%的硝酸反应会产生大量NO2 ， 该反应使用的硝酸的物质的量浓度为mol/L（已知ρ=1.4g/cm3）．
（2）各为0.1mol的Cu与Fe混合物与足量的某浓度的硝酸反应产生4.48L气体（标准状况下），则该反应消耗的硝酸为mol．
（3）4.4gFe与Cu混合物与过量的硝酸反应，放出的气体与标准状况下的1.12L的氧气混合后通入水中恰好被完全吸收，则其中铜的质量为g．
（4）Fe与Cu混合物共有a mol，其中铜的物质的量分数为X，将该混合物全部投入b mol的硝酸中使其充分反应，假定硝酸的还原产物仅有NO，①若溶液中金属离子只有Fe2+、Cu2+时，则b的取值范围是（用a、x表示）．

Answer 1

【答案】
（1）14.44
（2）0.7
（3）1.6
（4） ＜b≤ ②若x=0.2时，溶液Fe2+与Fe3+的物质的量相等时，在标准状况下产生NO 6.72L，求a、b的值．（写出简要的计算过程）
解：当x=0.2，溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量相等时，Cu全部为铜离子，所以参加反应的Cu为0.2amol，Fe3+和Fe2+的物质的量各为0.4amol，
HNO3→NO，N得3电子，产生6.72LNO气体即0.3mol，总计得0.9 mol电子，
Cu→Cu2+ ， Cu失2电子，则失0.4a mol电子，
Fe→Fe2+ ， Fe失2电子，则失0.8amol电子，
Fe→Fe3+ ， Fe失3电子，则失1.2amol电子，
根据得失电子总数相等，所以：0.9=0.4a+0.8a+1.2a，解得a=0.375mol，
根据氮原子守恒可知：b=2n（Cu2+）+2n（Fe2+）+3n（Fe3+）+2n（NO）=2×0.2×0.375+2×0.4×0.375+3×0.4×0.375+0.3=1.2mol；
答：a的值为0.375，b的值为1.2；
【解析】解：（1）Fe与Cu混合物与65%的硝酸反应会产生大量NO2 ， 该反应使用的硝酸的物质的量浓度= =14.44mol/L，所以答案是：14.44；（2）各为0.1mol的Cu与Fe混合物与足量的某浓度的硝酸反应产生4.48L气体（标准状况下），物质的量n= =0.2mol，铜和铁与足量硝酸反应发生氧化还原反应，硝酸被还原为氮氧化物，金属被氧化为硝酸盐，Cu（NO3）2 ， Fe（NO3）3 ， 氮元素守恒计算，则该反应消耗的硝酸物质的量=0.1mol×2+0.1mol×3+0.2mol=0.7mol，所以答案是：0.7；（3）铜、铁与过量硝酸反应生成硝酸铜、硝酸银铁与氮的氧化物，氮的氧化物与氧气、水反应生成硝酸，纵观整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，n（O2）= =0.05mol， 设Cu、Fe的物质的量分别为x、y，则：
根据质量列方程：x×64g/mol+y×56g/mol=4.4g
根据电子守恒列方程：2x+3×y=0.05mol×4
解得：x=0.025mol；y=0.05mol
m（Cu）=0.025mol×64g/mol=1.6g，所以答案是：1.6；（4）①当溶液中的金属离子只有Fe2+、Cu2+时，说明Cu恰好完全反应或者有剩余，而HNO3和Fe则完全反应（如果有硝酸剩余，则Fe2+则会被进一步氧化为Fe3+；如果有Fe剩余，则会和Cu2+继续反应），
HNO3→NO，N得3电子，设被还原的HNO3为y mol，总计得3y mol电子，
Cu→Cu2+ ， Cu失2电子，设参加反应的Cu为z mol，总计失2z mol电子，
Fe→Fe2+ ， Fe失2电子，参加反应的Fe为a（1﹣x） mol，总计失2a（1﹣x） mol电子，
根据得失电子总数相等，所以：3y=2z+2a（1﹣x） ①
反应中起酸作用的硝酸生成Fe（NO3）2和Cu（NO3）2 ， 起氧化剂作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a（1﹣x）+2z=b ②
联立方程，消去y，整理得b= ③
参加反应的Cu的物质的量z的取值大于0，最大为ax，带入③中，可得 ＜b≤ ，所以答案是： ＜b≤ ；