Question

11．常温下，在某200ml的稀硫酸和稀硝酸的混合溶液中逐量地加入铁粉，产生气体的量随铁粉质量增加的变化如图所示（设硝酸只被还原为NO气体）．下列有关分析错误的是（　　）

• A． 原混合酸中NO₃^-的物质的量为0.2mol
• B． 原混合酸中H₂SO₄物质的量浓度为2mol•L^-1
• C． OA段与BC段反应中电子转移的物质的量之比为2：1
• D． 取20ml原混合酸加水稀释至1L后溶液的pH=1

Answer 1

分析 由图象可知，开始生产氢气，中间气体体积不变，后段气体体积增大，故OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段发生反应为：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑．
A．OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化剂作用，根据铁的物质的量结合离子方程式计算；
B．纵观整个过程，加入22.4gFe时，此时溶液中溶质为硫酸亚铁，根据守恒计算；
C．结合各阶段消耗Fe的质量，根据各阶段反应中Fe元素化合价变化计算转移电子物质的量；
D．根据电荷守恒，可知原溶液中c（H⁺）=c（NO₃^-）+2c（SO₄^2-），再根据稀释定律计算．

解答 解：A．OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸全部起氧化剂作用，所以原混合酸中n（NO₃^-）=n（Fe）=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，故A正确；
B．反应消耗22.4g铁，也就是$\frac{22.4g}{56g/mol}$=0.4mol，所有的铁都在硫酸亚铁中，根据硫酸根离子守恒，所以含硫酸为0.4mol，则c（硫酸）=$\frac{0.4mol}{0.2L}$=2mol/L，故B正确；
C．OA段发生反应为：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，消耗Fe为11.2g，物质的量=$\frac{11.2g}{56g/mol}$=0.2mol，转移电子为0.2mol×3=0.6mol，
BC段发生反应为：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，消耗Fe为22.4g-16.8g=5.6g，物质的量=$\frac{5.6g}{56g/mol}$=0.1mol，转移电子为0.1mol×2=0.2mol，
故OA段与BC段反应中电子转移的物质的量之比=0.6mol：0.3mol=3：1，故C错误；
D．根据电荷守恒，可知原溶液中c（H⁺）=c（NO₃^-）+2c（SO₄^2-）=$\frac{0.2mol}{0.2L}$+2×2mol/L=5mol/L，取20mL原混合酸加水稀释至1L后溶液的中c（H⁺）=$\frac{0.02L×5mol/L}{1L}$=0.1mol/L，氢离子浓度等于0.1mol/L，即稀释后pH=1，故D正确．
故选C．

点评 本题以图象为载体，考查有关金属和酸反应的计算题，难度较大，关键根据图象分析各段发生的反应，注意与铁的反应中硝酸全部起氧化剂作用，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．