Question

13．向盛有400mL某浓度稀HNO₃的大烧杯中加入Wg铁粉，充分反应后，铁粉质量减少16.8g，再往烧杯中加入V mL 4mol•L^-1的稀硫酸，充分反应后，铁粉质量又减少8.4g，此时铁粉仍有剩余，（假设稀HNO₃只被还原为NO）
（1）写出题中铁粉与稀HNO₃反应的离子方程式3Fe+2NO₃^-+8H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，通过计算得出所用的稀HNO₃的物质的量浓度为2mol•L^-1，加稀H₂SO₄之前，溶液中剩余的NO₃^-的物质的量为0.6mol．
（2）加入4mol•L^-1的稀硫酸的体积V=50mL
（3）若硫酸足量，要使反应有H₂产生，W的取值范围是W＞67.2．

Answer 1

分析 （1）稀HNO₃只被还原为NO，Fe粉有剩余，则Fe与稀硝酸反应生成硝酸亚铁、NO与水；
消耗16.8g Fe时，溶液中HNO₃完全反应，根据3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O计算HNO₃、Fe（NO₃）₂的物质的量，进而计算原硝酸的浓度、加稀H₂SO₄之前溶液中剩余的NO₃^-的物质的量；
（2）加入硫酸发生反应：3Fe+2NO₃^-+8H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，结合消耗的Fe计算氢离子物质的量，可得加入硫酸的物质的量，进而计算硫酸溶液的体积；
（3）硝酸根完全转化为NO后，Fe有剩余，剩余的Fe与硫酸反应生成氢气，结合原溶液中硝酸根离子物质的量、离子方程式计算．

解答 解：（1）稀HNO₃只被还原为NO，Fe粉有剩余，则Fe与稀硝酸反应生成硝酸亚铁、NO与水，反应离子方程式为：3Fe+2NO₃^-+8H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，
消耗16.8g Fe的物质的量为$\frac{16.8g}{56g/mol}$=0.3mol，则：
 3 Fe+8 HNO₃=3 Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
 3     8       3
0.3mol 0.8mol 0.3mol
所用的稀HNO₃的物质的量浓度为$\frac{0.8mol}{0.4L}$=2mol•L^-1，加稀H₂SO₄之前，溶液中剩余的NO₃^-的物质的量为0.3mol×2=0.6mol，
故答案为：3Fe+2NO₃^-+8H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O；2；0.6；
（2）加入硫酸后又溶解Fe的物质的量为$\frac{8.4g}{56g/mol}$=0.15mol，
3 Fe+2 NO₃^-+8 H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O
3           8
0.15mol    n（H⁺）
n（H⁺）=$\frac{0.15mol×8}{3}$=0.4mol，
则加入硫酸的物质的量为$\frac{0.4mol}{2}$=0.2mol，故加入4mol•L^-1的稀硫酸的体积V=$\frac{0.2mol}{4mol/L}$=0.05L=50mL，
故答案为：50mL；
（3）硝酸根完全转化为NO后，Fe有剩余，剩余的Fe与硫酸反应生成氢气，设硝酸根完全转化为NO时消耗Fe为xmol，则：
3 Fe+2 NO₃^-+8H⁺=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O
3     2
xmol  0.8mol
所以3：2=xmol：0.8mol，解得x=1.2，故Fe的质量应大于1.2mol×56g/mol=67.2g，即W＞67.2，
故答案为：W＞67.2．

点评 本题考查混合物计算、化学方程式有关计算，关键是明确发生的反应，侧重考查学生分析计算能力，容易认为加入VmL硫酸时硝酸根完全反应，而导致错误答案．