Question

在500mL 某濃度的硝酸溶液中加入20g鐵粉，充分反應后，將反應液過濾、洗滌、干燥，稱得固體質量為3.2g，產生的NO₂和NO氣體經測定為8.96L（標準狀況）．
（1）混合氣體中NO₂和NO體積比為______；
（2）所用HNO₃的物質的量濃度為______mol/L；
（3）如圖，若將上述反應產生的混合氣體加入n mol氧氣一起通入水中，配成100mL溶液，所得硝酸溶液的物質的量濃度（c）與加入氧氣的物質的量（n）的關系．
①a 點的數值是______mol；
②當n=0.12mol時，所得硝酸溶液的物質的量濃度______；
③通過計算，求出所得硝酸溶液的物質的量濃度（c）與加入氧氣的物質的量（n）的關系式______，______．（寫出計算過程）

Answer 1

【答案】分析：（1）根據n=計算參加反應的Fe的物質的量，根據n=計算混合氣體的物質的量，鐵剩余，硝酸完全反應，反應生成硝酸亞鐵，令NO₂和NO的物質的量分別為xmol、ymol，根據電子轉移守恒與二者物質的量之和列方程，據此計算解答；
（2）根據N元素守恒可知n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO+NO₂），據此計算；
（3）①a點NO₂和NO氣體完全反應，根據電子注意守恒，氧氣獲得的電子等于參加反應的鐵提供的電子，據此計算氧氣的物質的量；
②根據①中a的值，判斷發生的反應，若0.12≥a，則根據N元素守恒計算，生成的硝酸；
若0.12＜a，根據混合氣體中NO₂和NO氣體比例關系，寫出混合氣體與氧氣反應的總反應方程式，還發生二氧化氮與水反應，根據氧氣計算生成的硝酸、剩余的NO₂和NO混合氣體的物質的量，再計算二氧化氮與水反應生成的硝酸的物質的量，再根據c=計算硝酸濃度；
③根據混合氣體中NO₂和NO氣體比例關系，寫出混合氣體與氧氣反應的總反應方程式，據此討論：
A、當n（O₂）≥0.15mol時，NO₂和NO完全反應，根據N元素計算生成硝酸物質的量，再根據c=計算硝酸濃度；
B、當0＜n（O₂）≤0.15mol時，氧氣不足量，還發生二氧化氮與水反應，根據氧氣計算生成的硝酸、剩余的NO₂和NO混合氣體的物質的量，再計算二氧化氮與水反應生成的硝酸的物質的量，再根據c=計算硝酸濃度．
解答：解：（1）因為鐵粉有剩余，所以溶液中存在的一定是Fe（NO₃）₂，參加反應的n（Fe）==0.3mol，
n（NO+NO₂）==0.4mol，
令NO₂和NO的物質的量分別為xmol、ymol，則：
，解得x=0.3，y=0.1，
故混合氣體中NO₂和NO體積比為0.3mol：0.1mol=3：1
故答案為：3：1；
（2）因為鐵粉有剩余，所以溶液中存在的一定是Fe（NO₃）₂，由（1）中參加反應的n（Fe）=0.3mol，則n[Fe（NO₃）₂]=0.3mol，n（NO+NO₂）=0.4mol，根據N元素守恒：n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO+NO₂）=0.3mol×2+0.4mol=1mol，
故：c（HNO₃）==2mol/L，
故答案為：2；
（3）①由圖可知，a點NO₂和NO氣體完全反應，根據電子注意守恒，氧氣獲得的電子等于參加反應的鐵提供的電子，由（1）中可知參加反應的n（Fe）=0.3mol，反應生成Fe（NO₃）₂，故a點氧氣的物質的量為=0.15mol，
故答案為：0.15；
②由（1）可知混合氣體中NO₂和NO體積比為3：1，故與氧氣一起通入水中，總反應式為6NO₂+2NO+3O₂+4H₂O=8HNO₃，
由于0.12＜a，故氧氣不足，由總反應方程式可知，氧氣完全反應生成硝酸為0.12mol×=0.32mol，消耗NO₂為0.12mol×=0.24mol，故剩余NO₂為0.3mol-0.24mol=0.06mol，故發生反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，又生成硝酸為0.06mol×=0.04mol，故共生成硝酸0.32mol+0.04mol=0.36mol，所得硝酸的濃度為：=3.6mol/L，
故答案為：3.6mol/L；
③A、當n（O₂）≥0.15mol時，氧氣足量，NO₂和NO完全反應，N元素可知生成硝酸物質的量n（HNO₃）=+n（NO+NO₂）=0.4mol，故c（HNO₃）==4mol/L，
B、當0＜n（O₂）≤0.15mol時，氧氣不足量，由6NO₂+2NO+3O₂+4H₂O=8HNO₃可知，氧氣完全反應生成硝酸為nmol×=mol，消耗NO₂為nmol×=2nmol，故剩余NO₂為0.3mol-2n mol=（0.3-2n）mol，故發生反應3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，又生成硝酸為（0.3-2n）mol×=（0.2-）mol，故共生成硝酸mol+（0.2-）mol=（0.2+）mol，故c（HNO₃）==（2+）mol/L，
故答案為：n≥0.15mol、c（HNO₃）=4mol/L；0＜n≤0.15mol、c（HNO₃）=（2+）mol/L．
點評：本題考查混合物的計算、根據方程式的計算等，題目計算量較大，過程復雜，為易錯題目，難度較大，注意利用守恒思想進行的計算，（3）中關鍵是利用總反應式進行討論，簡化計算．