Question

已知随着硝酸浓度的不同，Fe与硝酸反应会生成NO或NO₂；Fe ³⁺能与Fe发生下列反应：2Fe³⁺+Fe═3Fe²⁺．现将某铁块与50g溶质的质量分数为63%的硝酸溶液发生反应，若反应中生成的气体均完全逸出并全部收集，请通过计算回答下列问题：
（1）若反应后，铁块全部溶解，硝酸仍有剩余，只收集到NO₂气体，其体积在标准状况下为3.36L，则参加反应的Fe质量为

2.8

 g．
（2）若反应后，硝酸完全消耗，铁块仍有剩余，收集到的气体是NO₂和NO的混合气体，其体积在标准状况下也为3.36L，则参加反应的Fe质量为

9.8

 g．
（3）若该铁块是表面含有Fe₂O₃的铁块，质量为 15g，且该铁块与上述硝酸恰好完全反应．如果将铁块中单质Fe的质量分数设为ω，则ω理论上的最大值是：

46.7%

．

Answer 1

分析：（1）反应后，铁块全部溶解，硝酸仍有剩余，Fe被氧化生成Fe（NO₃）₃，根据n=

V

Vm

计算NO₂的物质的量，根据电子转移守恒计算n（Fe），再根据m=nM计算铁的质量；
（2）若反应后，硝酸完全消耗，铁块仍有剩余，Fe被氧化生成Fe（NO₃）₂，根据n=

V

Vm

计算NO、NO₂的总物质的量，根据氮元素守恒，起酸的作用的硝酸的物质的量，参加反应的n（Fe）=

1

2

n[Fe（NO₃）₂]，再根据m=nM计算参加反应的铁的质量；
（3）若该铁块是表面含有Fe₂O₃的铁块，与上述硝酸恰好完全反应，当反应生成Fe（NO₃）₂与NO时，铁块中Fe的质量最大，其质量分数最大，发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，令铁块中Fe、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量与消耗硝酸的物质的量列方程计算解答．

解答：解：（1）反应后，铁块全部溶解，硝酸仍有剩余，Fe被氧化生成Fe（NO₃）₃，
生成NO₂的物质的量为

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，
根据电子转移守恒，可知n（Fe）=

0.15mol×(5-4)

3

=0.05mol，
故铁的质量为0.05mol×56g/mol=2.8g，
故答案为：2.8；
（2）若反应后，硝酸完全消耗，铁块仍有剩余，Fe被氧化生成Fe（NO₃）₂，
NO、NO₂的总物质的量为

3.36L

22.4L/mol

=0.15mol，
根据氮元素守恒，起酸的作用的硝酸的物质的量为：

50g×63%

63g/mol

-0.15mol=0.35mol，
故参加反应的n（Fe）=0.35mol×

1

2

=0.175mol，
参加反应的铁的质量0.175mol×56g/mol=9.8g，
故答案为：9.8；
（3）若该铁块是表面含有Fe₂O₃的铁块，与上述硝酸恰好完全反应，当反应生成Fe（NO₃）₂与NO时，铁块中Fe的质量最大，其质量分数最大，发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O、Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，
硝酸的物质的量为：

50g×63%

63g/mol

=0.5mol，
令铁块中Fe、Fe₂O₃的物质的量分别为xmol、ymol，则：
  3Fe+8HNO₃ ═3Fe（NO₃）₂ +2NO↑+4H₂O、
（x-y）

8

3

（x-y）
Fe₂O₃+Fe+6HNO₃═3Fe（NO₃）₂+3H₂O，
y     y  6y
所以，

56x+160y=15 8 3 (x-y)+6y=0.5

解得，x=0.125、y=0.05，
故单质铁的质量分数ω理论上的最大值是

0.125mol×56g/mol

15g

×100%=46.7%，
故答案为：46.7%．

点评：本题考查根据方程式计算的计算，难度中等，（1）（2）中注意根据守恒进行计算，（3）是易错点、难点，根据题目信息判断发生的反应是解题关键．