将铁粉和铜粉的均匀混合物.平均分成三等份.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下表(设硝酸的还原产物只有NO)编号 ① ② ③ 稀硝酸体积/mL 100 200 300 剩余金属/g 30.4 22 12.8 NO体积/mL2240 44806720由上述数据推测:(1)硝酸的物质的量浓度,(2)③中溶解金属的成分是什么?其相应的质� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

16．将铁粉和铜粉的均匀混合物，平均分成三等份，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下表（设硝酸的还原产物只有NO）

编号	①	②	③
稀硝酸体积/mL	100	200	300
剩余金属/g	30.4	22	12.8
NO体积/mL	2240	4480	6720

由上述数据推测：
（1）硝酸的物质的量浓度；
（2）③中溶解金属的成分是什么？其相应的质量为多少克？

分析（1）由表中数据可知，实验中都有金属剩余，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30.4g-22g=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，根据方程式计算硝酸的物质的量，根据c=$\frac{n}{V}$计算硝酸的物质的量浓度；
（2）在实验②的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为9.2g，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的物质的量为$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的质量=0.15mol×64g/mol=9.6g＞9.2g，故该过程中Fe、Cu反应，则③中溶解的金属为Fe、Cu．
根据（1）分析计算实验①中溶解Fe的质量，进而计算实验③溶解金属质量，再结合转移电子守恒列方程计算③中溶解Fe、Cu物质的量，进而计算参加反应Fe、Cu的质量．

解答解：（1）由表中数据可知，实验中都有金属剩余，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30.4g-22g=8.4g，生成NO的体积为4480mL-2240mL=2240mL，NO物质的量为$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=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，发生反应3Fe+8HNO₃═3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O，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=$\frac{0.4mol}{0.1L}$=4mol/L，
答：硝酸的物质的量浓度为4mol/L；
（2）在实验②的基础上加入100mL硝酸，参加反应的金属的质量为9.2g，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的物质的量为$\frac{0.1mol×（5-2）}{2}$=0.15mol，Cu的质量=0.15mol×64g/mol=9.6g＞9.2g，故该过程中Fe、Cu反应，则③中溶解的金属为Fe、Cu；
根据（1）分析计可知，实验①中溶解Fe的质量为8.4g，则实验③溶解金属质量为30.4g+8.4g-12.8g=26g，③中生成NO为$\frac{6.72L}{22.4L．mol}$=0.3mol，
设参加反应Fe、Cu的物质的量分别为xmol、ymol，则：
$\left\{\begin{array}{l}{56x+64y=26}\\{2x+2y=0.3×3}\end{array}\right.$
解得x=0.35，y=0.1
故参加反应Fe的质量为0.35mol×56g/mol=19.6g
参加反应Cu的质量为0.1mol×64g/mol=6.4g，
答：③中溶解金属为Fe、Cu，它们的质量分别为19.6g、6.4g．

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．

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（3）在容积固定的密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量浓度如下表：

时间/浓度	c（NH₃）（mol/L）	C（O₂）（mol/L）	C（NO）（mol/L）
起始	0.8	1.6	0
第2min	0.6	a	0.2
第4min	0.3	0.975	0.5
第6min	0.3	0.975	0.5
第8min	0.8	0.975	0.5

①起始时物料比c （O₂）：c （NH₃）＞1.25，其原因是增大氨气的转化率．
②反应在第2min到第4min时O₂的平均反应速率为0.1875；
③反应在第8min改变的反应条件可能是增大反应物的浓度．

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