Question

8．将400mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液平分成两份．向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解19.2g铜，且反应后溶液中还有硫酸剩余；向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的体积和所加铁粉质量的变化关系如图所示．请回答下列问题（假设硝酸只被还原为NO气体）：
（1）OA段产生的气体是NO，BC段产生的气体是H₂，B点的溶液中溶质为FeSO₄，AB段反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（2）A、B两点的横坐标为x=11.2、y=16.8．
（3）求原400mL混合溶液中硝酸和硫酸的物质的量浓度．

Answer 1

分析 （1）铁先被硝酸氧化为Fe³⁺，硝酸反应完毕，铁与Fe³⁺反应生成Fe²⁺，当Fe³⁺反应完毕，铁再与H⁺反应生成亚铁离子与氢气，由图象可知，由于铁过量，OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，据此回答；
（2）OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，据此回答；
（3）由图可知，加入28g铁时，溶液中剩余的硫酸完全反应，此时溶液中溶质为硫酸亚铁，根据Fe元素守恒计算硫酸亚铁的物质的量，再根据硫元素守恒计算硫酸的物质的量，根据定义计算硫酸的物质的量浓度，根据氮元素守恒计算溶液中硝酸的物质的量，进而根据定义计算硝酸的物质的量浓度．

解答 解：（1）铁先被硝酸氧化为Fe³⁺，硝酸反应完毕，铁与Fe³⁺反应生成Fe²⁺，当Fe³⁺反应完毕，铁再与H⁺反应生成亚铁离子与氢气．由图象可知，由于铁过量，OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，该段产生的气体是NO，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，B点的溶液中溶质为FeSO₄，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，该段产生的气体是氢气，
故答案为：NO；H₂；FeSO₄；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解19.2g即0.3mol铜，发生反应：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根据硝酸根离子守恒，所以硝酸的物质的量是0.2mol，
OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸根离子0.2mol消耗金属铁0.2mol，质量是11.2g，即x=11.2g，得到铁离子是0.2mol，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，铁离子全部消耗，需要金属铁是0.1mol，质量是5.6g，所以y=11.2g+5.6g=16.8g，故答案为：11.2；16.8；
（3）向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解19.2g即0.3mol铜，发生反应：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根据硝酸根离子守恒，所以硝酸的物质的量是0.2mol，硝酸浓度是$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，由图可知，加入28g铁时，溶液中剩余的硫酸完全反应，此时溶液中溶质为硫酸亚铁，铁的物质的量为$\frac{28g}{56g/mol}$=0.5mol，根据Fe元素守恒可知硫酸亚铁的物质的量为0.2mol，根据硫元素守恒计算硫酸的物质的量为0.2mol，故硫酸的物质的量浓度$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L．
答：溶液中硝酸的浓度为1mol/L；硫酸的浓度为1mol/L．

点评 本题以图象为载体，考查有关金属和酸反应的计算题，难度较大，关键根据图象分析各段发生的反应，注意与铁的反应中硝酸全部起氧化剂作用是关键．