Question

将10 g铁粉置于40 mL硝酸中，再微热，反应过程中随着硝酸浓度的降低，生成气体的颜色由红棕色逐渐变成无色。充分反应后，共收集到1.792 L混合气体(标准状况)，此时溶液中还残留4.4 g固体。

(1)求该反应中被还原的硝酸和未被还原的硝酸的物质的量比。

(2)求原硝酸的物质的量浓度。

(3)求混合气体中NO和NO₂的体积比。

Answer 1

(1)2∶5  (2)7 mol·L^-1  (3)3∶1

解析：实际参加反应的铁粉质量为10 g-4.4 g=5.6 g(即0.1 mol Fe)。因为铁粉有剩余，所以生成的产物中，铁元素呈现的价态不是+3价，而是+2价，即生成物为Fe(NO₃)₂。生成的气体总物质的量为1.792 L÷22.4 L·mol^-1=0.08 mol。由题意可知，生成的气体为NO和NO₂组成的混合物(此处忽略了N₂O₄的存在)，并设其中NO、NO₂的物质的量分别为x、y，得失电子关系式为：

     Fe   —   2e^-—Fe²⁺

0.1 mol   0.2 mol

HNO₃(浓)+e^-NO₂↑(先)

                 y               y

HNO₃(稀)+3e^-NO↑(后)

                 3x             x

根据得失电子守恒列出等式：

3x+y=0.2 mol

根据气体总物质的量列出等式：

x+y=0.08 mol

解得：x=0.06 mol，y=0.02 mol

即混合气体中NO和NO₂的体积之比为V(NO)∶V(NO₂)=0.06 mol∶0.02 mol=3∶1。

根据题意可直接写出总反应的化学方程式为：

0.1Fe+0.28HNO₃====0.1Fe(NO₃)₂+0.06NO↑+0.02NO₂↑+0.14H₂O

该反应中被还原的硝酸和未被还原的硝酸的物质的量之比为0.08 mol∶0.2 mol=2∶5

〔也可直接由Fe²⁺ 0.1 mol，Fe(NO₃)₂ 0.1 mol，未被还原的HNO₃为0.2 mol，故被还原的HNO₃∶未被还原的HNO₃=(0.06+0.02)∶0.2=2∶5〕

原硝酸溶液的物质的量浓度为：

c(HNO₃)=0.28 mol÷0.04 L=7 mol·L^-1。