题目内容

铁粉和铜粉的均匀混合物,平均分成四等份,分别加入同浓度的稀硝酸,充分反应,在标况下生成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 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
下列计算结果正确的是(  )
分析: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
0.1mol×(5-2)
2
=0.15mol,参加反应金属的平均摩尔质量为
8.4g
1.5mol
=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硝酸的物质的量、参加反应Fe的物质的量,根据c=
n
V
计算硝酸的物质的量浓度,根据m=nM计算参加反应Fe的质量.
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=
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,根据亚铁离子的物质的量,利用电子转移守恒计算该阶段生成NO的物质的量,再根据V=nVm计算该阶段生成NO的体积,进而计算V的值.
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
0.1mol×(5-2)
2
=0.15mol,参加反应金属的平均摩尔质量为
8.4g
1.5mol
=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=
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.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
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=
0.4mol
0.1L
=4mol/L,故A错误;
B.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0.1mol,根据方程式可知,参加反应的Fe的物质的量为0.1mol×
3
2
=0.15mol,故参加反应Fe的质量=0.15mol×56g/mol=8.4g,故B错误;
C.由上述分析可知,实验②中参加反应的金属为Fe,Cu没有参加反应,故C错误;
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=
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=
0.3mol×(3-2)
5-2
=0.1mol,故生成NO的体积为0.1mol×22.4L/mol=2.24L=2240mL,故V=6720+2240=8960,故D正确,
故选:D.
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关键,侧重对学生综合能力的考查,过程复杂、计算量较大,为易错题目,难度较大.
练习册系列答案
相关题目
对于0.5mol/L Fe2(SO4)3和0.5mol/L CuSO4的混合溶液100mL,可用下列两种方法进行分离、提纯和转化.
方法1、用下图所示的流程进行分离,同时获得硫酸亚铁晶体和铜粉.

请回答:
(1)由滤液制取FeSO4?7H2O晶体要经过
加热蒸发
加热蒸发
、
冷却结晶
冷却结晶
、过滤、洗涤等步骤,要想加快过滤的速度可以通过抽滤的方法,则抽滤要用到的主要仪器是
布氏漏斗、吸滤瓶
布氏漏斗、吸滤瓶
.
(2)用100mL的混合液制取FeSO4?7H2O晶体,制得的晶体质量至少
55.6
55.6
g.
方法2、用纸层析方法进行分离,实验步骤如下:
①点样:如右图所示,在滤纸条末端约2cm处用铅笔画一个小圆点作为原点.
在原点处滴一滴Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液.晾干后再滴,重复3次,要求留下斑点的直径小于0.5cm.将滤纸条用大头针固定在橡胶塞下面.
②展开:在大试管中加入9mL丙酮和1mL 3mol?L-1硫酸,混合均匀.把滤纸末端浸入溶剂中约0.5cm,注意不要让试样点接触展开剂.塞紧橡胶塞,将大试管垂直静置.
③显色:待溶剂扩散到滤纸上端时,取下滤纸,放在盛有浓氨水的试剂瓶瓶口上方,用氨气熏.请回答:
(3)硫酸的作用是
抑制Cu2+和Fe3+的水解
抑制Cu2+和Fe3+的水解
;在层析操作时,不让滤纸上的试样点接触展开剂的原因是
如果试样接触展开剂,样点里要分离的离子或者色素就会进入展开剂,导致实验失败
如果试样接触展开剂,样点里要分离的离子或者色素就会进入展开剂,导致实验失败
.
(4)氨熏后红棕色出现在滤纸上端,其原因是
Fe3+更易溶于丙酮,展开的速度快
Fe3+更易溶于丙酮,展开的速度快
,由
色斑的形成和距离
色斑的形成和距离
可判断分离的效果.

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