Question

20．将agFe和Cu的混合粉末加入到100mL4mol/L的稀硝酸中充分反应后（假设还原产物只有NO），下列说法正确的是（　　）

• A． 若反应后有Cu剩余，则反应后溶液中含有的金属阳离子一定是Cu²⁺
• B． 若反应后的溶液中有Cu²⁺，则反应后溶液中含有的金属阳离子一定是Fe²⁺、Fe³⁺
• C． 若加入的Fe和Cu的质量比为7：8，则使HNO₃完全反应的金属粉末质量最小为7.2g
• D． 若两者恰好反应，则加入金属粉末质量8.4g＜a＜9.6g

Answer 1

分析 将Fe和Cu的混合粉末加入到100mL 4mol/L稀硝酸中充分反应，可能的化学反应为：Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O、3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑4+H₂O、Fe+2Fe（NO₃）₃=3Fe（NO₃）₂、Cu+2Fe（NO₃）₃=2Fe（NO₃）₂+Cu（NO₃）₂；依据离子共存逐项分析，有Fe³⁺一定不存在Fe、Cu，有Fe一定不存在Fe³⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、H⁺；有Cu剩余一定无Fe³⁺、HNO₃，据此进行解答．

解答 解：100mL4mol/L的稀硝酸中含有硝酸的物质的量为：4mol/L×0.1L=0.4mol，
A．若反应后有Cu剩余，则肯定没有Fe³⁺，此溶液中一定有Fe²⁺，不一定含有Cu²⁺，故A错误；
B．若反应后有Cu²⁺时，铁一定完全反应，但是铜可能有剩余，则反应后的溶液中不一定含有Fe³⁺，故B错误；
C．因要求HNO₃完全反应且金属质量最小，所以加入的铁要尽可能多耗酸，所以生成的是Fe³⁺，而Fe和Cu的质量比为7：8，可得到两者的物质的量之比为1：1，设铁铜物质的量为x，根据反应的定量关系可得：
Fe→4HNO₃，3Cu→8HNO₃
1     4      3    8
x     4x     x    $\frac{8}{3}$x
硝酸物质的量为0.4mol，则：4x+$\frac{8}{3}$x=0.4，可解得需要Fe和Cu的物质的量均为0.06 mol，则金属的最小质量为：0.06mol×64g/mol+0.06mol×56g/mol=7.2g，故C正确；
D．由上述三个过程可知，只发生与铜的反应时所需的金属量最多，由3Cu～8HNO₃可解得需Cu的质量为：0.4mol×$\frac{3}{8}$×64g/mol=9.6 g；当金属中完全为Fe且发生反应Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O时，金属的质量最小，最小质量为：56g/mol×0.4mol×$\frac{1}{4}$=5.6g，则混合物质量范围为：5.6g＜a＜9.6g，故D错误；
故选C．

点评 本题考查了混合物反应的计算与判断，题目难度较大，明确发生反应的原理为解答关键，注意掌握极值法在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．