Question

4．将10g铁粉置于40ml的HNO₃溶液中，微热，反应随着HNO₃浓度的降低生成气体的颜色由红棕色变为无色，充分反应后共收集标况下1792mlNO，NO₂的混合气体，溶液中还残留了4.4g固体． 请回答下面问题，并写出计算过程．
（1）求该反应中被还原和未被还原的HNO₃的物质的量之比
（2）求原HNO₃溶液物质的量浓度
（3）求NO、NO₂体积．

Answer 1

分析 （1）溶于中残留固体为Fe，硝酸完全反应，Fe与硝酸反应生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被还原的硝酸转化为Fe（NO₃）₂，由Fe原子守恒可知Fe（NO₃）₂的物质的量，被还原的硝酸转化为NO、NO₂，再根据N原子守恒计算；
（2）根据N原子守恒计算HNO₃的物质的量，进而计算原HNO₃溶液物质的量浓度；
（3）根据总体积、电子转移守恒列方程计算各自物质的量，再根据V=nV_m计算体积．

解答 解：（1）溶于中残留固体为Fe，硝酸完全反应，Fe与硝酸反应生成Fe（NO₃）₂NO、NO₂，未被还原的硝酸转化为Fe（NO₃）₂，
由Fe原子守恒可知n[Fe（NO₃）₂]=$\frac{10g-4.4g}{56g/mol}$=0.1mol，则n_未被还原（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]=0.2mol，被还原的硝酸转化为NO、NO₂，n_被还原（HNO₃）=n（NO+）+n（NO₂）=$\frac{1.792L}{22.4L/mol}$=0.08mol，故反应中被还原和未被还原的HNO₃的物质的量之比为：0.08mol：0.2mol=2：5，
答：反应中被还原和未被还原的HNO₃的物质的量之比为2：5．
（2）根据N原子守恒，n（HNO₃）=n_未被还原（HNO₃）+n_被还原（HNO₃）=0.2mol+0.08mol=0.28mol，则原HNO₃溶液物质的量浓度为$\frac{0.28mol}{0.04L}$=7mol/L，
答：原HNO₃溶液物质的量浓度为7mol/L．
（3）令混合气体中NO为xmol，NO₂为ymol，
则有：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.08}\\{3x+y=0.1×2}\end{array}\right.$
解得x=0.06、y=0.02
故标况下V（NO）=0.06mol×22.4L/mol=1.344L
V（NO₂）=0.02mol×22.4L/mol=0.448L
答：标况下得到NO体积为1.344L，NO₂体积为0.448L．

点评 本题考查化学方程式的有关计算、氧化还原反应计算，题目难度中等，注意从守恒的角度解答．