Question

14．某稀硫酸和稀硝酸的混合溶液200mL，平均分成两份．向其中一份中逐渐加入铜粉，最多能溶解9.6g．向另一份中逐渐加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示（已知硝酸只被还原为NO气体）．请填空：
（1）AB段的反应的离子方程式为Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）原混合酸中NO₃^-物质的量浓度为多少？
（3）原混合物中H₂SO₄物质的量为多少？

Answer 1

分析 （1）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↑．
（2）根据n=$\frac{m}{M}$计算Fe的物质的量，根据Fe与硝酸反应的方程式计算硝酸的物质的量和浓度；
（3）最终消耗14.0gFe，溶液中溶质为FeSO₄，根据Fe元素守恒可以计算n（FeSO₄），再根据硫酸根守恒计算每一份溶液中n（H₂SO₄），进而计算硫酸的物质的量．

解答 解；（1）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↑；
故答案为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）由于铁过量，OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，Fe的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，则消耗的硝酸为0.1mol，
则原混合酸中NO₃^-物质的量浓度为$\frac{0.1mol×2}{0.2L}$=1mol/L；
答：原混合酸中NO₃^-物质的量浓度为1mol/L；
（3）最终消耗14.0gFe，溶液中溶质为FeSO₄，Fe的物质的量为$\frac{14g}{56g/mol}$=0.25mol，根据Fe元素守恒可n（FeSO₄）=n（Fe）=0.25mol，再根据硫酸根守恒，每一份溶液中n（H₂SO₄）=n（FeSO₄）=0.25mol，故意硫酸的物质的量为0.5mol；
答：原混合物中H₂SO₄物质的量为0.5mol．

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．