Question

4．将一定量的铁粉加入到装有100mL某浓度的稀硝酸溶液中充分反应．
（1）溶液中剩有a g铁粉，收集到NO气体448mL（标准状况下），求：
①写出所得溶液中溶质成分；
②求硝酸的物质的量浓度．
（2）向上述固液混合物中逐渐滴加稀硫酸，又有气体产生，若该气体为纯净物，遇到空气变为红棕色，且此时容器中剩余铁粉b g（b＞0），
求：①（a-b）最大值；
②当（a-b）取最大值时，确定此时溶液中溶质成分．

Answer 1

分析 （1）①容器中剩有m g的铁粉，生成硝酸亚铁；
②硝酸完全反应生成硝酸亚铁与NO，根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算NO的物质的量，根据电子转移守恒计算参加反应的n（Fe），由氮元素守恒可知：n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO），再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
（2）①a-b的值为加入硫酸后再溶解的金属铁的质量，根据反应方程式中铁和硝酸根离子量的关系计算即可；
②混合物中逐滴加入稀硫酸，Fe先和HNO₃（氢离子由硫酸提供）生成NO，然后是Fe和H₂SO₄反应生成H₂，据此确定溶液中的溶质．

解答 解：（1）①容器中剩有m g的铁粉，所得溶液中的溶质为Fe（NO₃）₂，
答：所得溶液中溶质成分为Fe（NO₃）₂；
②硝酸完全反应生成硝酸亚铁与NO，NO的物质的量=$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，根据电子转移守恒，参加反应的n（Fe）=$\frac{0.02mol×3}{2}$=0.03mol，由氮元素守恒可知：n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO）=2×0.03mol+0.02mol=0.08mol，故原硝酸的物质的量浓度=$\frac{0.08mol}{0.1L}$=0.8mol/L，
答：硝酸的物质的量浓度为0.8mol•L^-1；
（2）①Fe先和HNO₃（氢离子由硫酸提供）生成NO，关系为：3Fe～2NO₃^-，溶液中硝酸根离子的物质的量是0.08mol-0.02mol=0.06mol，所以消耗铁的物质的量是$\frac{0.06mol×3}{2}$=0.09mol，质量是0.09mol×56g/mol=5.04 g，即（a-b）最大值为5.04，
答：（a-b）最大值为5.04；
②向上述固-液混合物中逐滴加入稀硫酸溶液中的反应顺序为：Fe先和HNO₃（氢离子由硫酸提供）生成NO，因为此时铁还是有剩余，所以硝酸根离子被消耗光，硝酸根反应完全后，再是Fe和H₂SO₄反应生成H₂，此时溶液中的溶质为硫酸亚铁，
答：此时溶液中溶质成分FeSO₄．

点评 本题考查化学方程式的计算、氧化还原反应计算，侧重对解题方法技巧与学生分析解决问题能力的考查，注意根据守恒进行解答，难度较大．