Question

3．将铁粉和铜粉混合均匀后平均分成四等份，分别加入同浓度的稀硝酸充分反应，在标准状况下生成NO的体积和剩余金属的质量如表（设硝酸的还原产物只有NO）：下列推断正确的是（　　）

编号	①	②	③	④
稀硝酸体积/mL	100	200	300	400
剩余金属/g	18.0	9． 6	0	0
NO体积/mL	2240	4480	6720	V

• A． ①的上层清液中含有Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺
• B． 硝酸的浓度为1mol•L^-1
• C． 每份混合物中铁粉的质量为16.8g
• D． ④中V=11.2L

Answer 1

分析 A．由表中数据可知，实验①②都有金属剩余，根据实验①发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O分析解答；
B．实验①硝酸全部反应，根据c=$\frac{n}{V}$计算硝酸的物质的量浓度；
C．由表中数据可知，实验①②都有金属剩余，则溶液中不可能含有硝酸铁，溶液中金属离子为+2价，在实验①的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为18g-9.6g=8.4g，生成NO的体积为4480mL-2240mL=2240mL，NO物质的量为0.1mol，根据电子转移守恒可知，参加反应金属的物质的量为$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，参加反应金属的平均摩尔质量为$\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，故该过程只有Fe参加反应，故实验①只有Fe参与反应，根据NO的体积结合方程式计算参加反应Fe的物质的量；根据m=nM计算①中参加反应Fe的质量；
D．实验②中Fe与硝酸恰好反应生成硝酸亚铁，在实验②的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为9.6g，在实验③的基础上再加入100mL硝酸，为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO，溶液中亚铁离子的物质的量为0.3mol，根据电子转移守恒和据V=nV_m计算生成的气体体积．

解答 解：由表中数据可知，实验①②都有金属剩余，则溶液中不可能含有硝酸铁，溶液中金属离子为+2价，在实验①的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为18g-9.6g=8.4g，生成NO的体积为4480mL-2240mL=2240mL，NO物质的量为0.1mol，根据电子转移守恒可知，参加反应金属的物质的量为$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，参加反应金属的平均摩尔质量为 $\frac{8.4g}{0.15mol}$=56g/mol，故该过程只有Fe参加反应，故实验①只有Fe参与反应；
在实验②的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为9.6g，生成NO的体积为6720mL-4480mL=2240mL，NO物质的量为0.1mol，若该过程只有Cu参加反应，根据电子转移守恒，则Cu的物质的量=$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的质量=0.15mol×64g/mol=9.6g，等于参加反应金属的质量，故该过程只有Cu反应，且Cu恰好完全反应，故加入200mL硝酸时，Fe恰好反应生成硝酸亚铁，在实验③的基础上再加入100mL硝酸，为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO，
A．实验①发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，硝酸量不足，金属过量，所以不可能有Fe³⁺、Cu²⁺，故A错误；
B．实验①发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据方程式可知，参加反应的硝酸的物质的量为0.1mol×4=0.4mol，故硝酸的物质的量浓度为：c=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，故B错误；
C．由上述分析可知，实验①发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，生成NO的物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，根据方程式可知，参加反应的Fe的物质的量为0.1mol×$\frac{3}{2}$=0.15mol，故参加反应Fe的质量=0.15mol×56g/mol=8.4g，所以每份混合物中铁粉的质量为8.4g×2=16.8g，故C正确；
D．由上述分析可知，实验②中Fe与硝酸恰好反应生成硝酸亚铁，生成NO的物质的量=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，由3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O可知，溶液中亚铁离子的物质的量为0.3mol，在实验③的基础上再加入100mL硝酸，为硝酸与溶液中亚铁离子反应生成NO，根据电子转移守恒可知，生成NO的物质的量为：$\frac{0.3mol×（3-2）}{5-2}$=0.1mol，故生成NO的体积为：0.1mol×22.4L/mol=2.24L，则V=6.72L+2.24L=8.96L，故D错误；
故选C．

点评 本题考查混合物的有关计算，根据表中数据判断各阶段发生的反应是解题关键，侧重对学生综合能力的考查，本题过程复杂、计算量较大，为易错题目，难度较大．