题目内容
【题目】现有铁和铜组成的合金共a mol,其中铜的物质的量分数为x。将此合金研成粉末状后全部投入含b mol硝酸的稀溶液中,微热使其充分反应,硝酸的还原产物只有NO。
(1)用粒子符号填写下列空白(列举出全部可能出现的情况):
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(2)当溶液中金属离子只有Fe2+、Cu2+时,则b的取值范围为 (用a、x表示)
(3)当x=0.5时,溶液中Fe3+和 Fe2+的物质的量相等,在标准状况下共生成672毫升NO气体,求a= ,b= 。
【答案】(1)
组序成 分 | ① | ② | ③ | ④ | ⑤ | ⑥ |
残留固体成分 | Fe、Cu | Cu | Cu | 无 | 无 | 无 |
溶液中金属离子 | Fe2+ | Fe2+ | Fe2+ Cu2+ | Fe2+ Cu2+ | Fe2+、Cu2+Fe3+ | Fe3+ Cu2+ |
(2)[8a(1-x)/3]<b≤8a/3 (3)a=0.04;b=0.12
【解析】
试题分析:(1)Fe、Cu与稀HNO3反应时,由于还原性由强到弱顺序为Fe>Cu>Fe2+,所以下列物质先后顺序反应为:3Fe+8HNO3
3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O、3Cu+8HNO3
3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O、
3Fe(NO3)2+4HNO3
3Fe(NO3)3+NO↑+2H2O,HNO3的量由小到大时,依次发生如上反应,就有6种情况见答案(1)。
(2)溶液中只有Fe2+,Cu2+时,Fe2+为a(1-x)mol,Cu2+为0<n(Cu2+)≤ax,HNO3完全反应,依据电子得失相等可求出体现氧化性的硝酸:[2×a(1-x)+2n(Cu2+)]×1/3mol,体现出酸性的硝酸2a(1-x)+2n(Cu2+)(根据溶液呈电中性),总HNO3为[2×(1-x)+2n(Cu2+)]÷3+2a(1-x)+2n(Cu2+)=b,因为0<n(Cu2+)≤a x,所以,[8a(1-x)/3]<b≤8a/3 。
(3)x=0.5时,0.5a Cu,0.5a Fe
0.25a Fe3+,0.25a Fe2+,0.5a Cu2+,根据电子得失相等有:0.25a×3+0.25a×2+0.5a×2=0.672÷22.4×3,解得a=0.04;溶液中NO3-:0.25a×3+0.25a×2+0.5a×2=2.25a=2.25×0.04=0.09mol,转化成NO消耗的HNO3为0.03mol,所以b=0.09+0.03=0.12mol。