Question

（8分）有Fe和Fe₂O₃混合物溶于500 mL稀HNO₃中，放出2.24 L NO(标准状况），并剩余5.44 g Fe。向反应后的溶液中通入2.016 L Cl₂(标准状况），恰好能使溶液中Fe²⁺全部氧化。求：
（1）稀HNO₃物质的量浓度。
（2）混合物中的Fe的质量分数。

Answer 1

（1）0.92 mol·L^-1  (2)89.99%

Fe有剩余，说明稀HNO₃量不足，且Fe³⁺在溶液中一定不存在。溶液中Fe和Fe₂O₃的存在方式均为Fe（NO₃)₂。2.016 L÷22.4 L·mol^-1="0.09" mol，溶液中铁元素共0.09×2="0.18" mol。在此过程中分析氧化剂和还原剂，由于Fe₂O₃生成的Fe³⁺先得Fe单质的电子，又生成Fe²⁺失电子给Cl₂，故整个过程可以看作没有得电子也没有失电子，则该过程中实际转移电子数为：2.24÷22.4×3+0.09×2="0.48" mol，只相当于氧化单质铁，故原混合物中溶解铁为：0.48 mol÷3="0.16" mol，所有的铁再加上剩余的铁。同样硝酸分为作酸和作氧化剂的硝酸。由Fe(NO₃)₂ 0.18 mol求作酸的硝酸，由NO 0.1 mol求作氧化剂的硝酸，两部分相加便是所有的硝酸的量。混合物中Fe₂O₃同样用所有溶液中铁元素0.18 mol减去溶解的铁单质可求得，再求Fe的含量。
解：（1）Cl₂的物质的量：2.016 L÷22.4 L·mol^-1="0.09" mol，溶液中Fe(NO₃)₂物质的量0.09 L·mol^-1×2="0.18" mol(铁有剩余，没有Fe³⁺),作酸的硝酸为：0.18 mol×2="0.36" mol作氧化剂的硝酸为： ="0.1" mol
c(HNO₃）= ="0.92" mol·L^-1
（2）由（1）已知溶液中的铁元素共有0.09×2="0.18" mol，由于Fe₂O₃生成的Fe³⁺先得铁单质的电子生成Fe²⁺，又失电子给Cl₂，故整个过程可以看作没有得电子也没有失电子，则该过程中实际转移电子数为2.24 L÷22.4 L·mol^-1×3+0.09 mol×2="0.48" mol，只相当于氧化铁单质，故原混合物溶解铁为：0.48 mol÷3="0.16" mol，所有的单质铁为：0.16 mol+="0.257" mol
Fe₂O₃中 Fe元素的物质的量：0.18 mol-0.16 mol="0.02" mol。
所以Fe₂O₃的物质的量为0.01 mol。
Fe的质量分数为：
×100%=89.99%。