Question

8．將400mL稀硫酸和稀硝酸的混合溶液平分成兩份．向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解19.2g銅，且反應后溶液中還有硫酸剩余；向另一份中逐漸加入鐵粉，產(chǎn)生氣體的體積和所加鐵粉質(zhì)量的變化關(guān)系如圖所示．請回答下列問題（假設(shè)硝酸只被還原為NO氣體）：
（1）OA段產(chǎn)生的氣體是NO，BC段產(chǎn)生的氣體是H₂，B點的溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，AB段反應的離子方程式為Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺．
（2）A、B兩點的橫坐標為x=11.2、y=16.8．
（3）求原400mL混合溶液中硝酸和硫酸的物質(zhì)的量濃度．

Answer 1

分析 （1）鐵先被硝酸氧化為Fe³⁺，硝酸反應完畢，鐵與Fe³⁺反應生成Fe²⁺，當Fe³⁺反應完畢，鐵再與H⁺反應生成亞鐵離子與氫氣，由圖象可知，由于鐵過量，OA段發(fā)生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，據(jù)此回答；
（2）OA段發(fā)生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，AB段發(fā)生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，BC段發(fā)生反應為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，據(jù)此回答；
（3）由圖可知，加入28g鐵時，溶液中剩余的硫酸完全反應，此時溶液中溶質(zhì)為硫酸亞鐵，根據(jù)Fe元素守恒計算硫酸亞鐵的物質(zhì)的量，再根據(jù)硫元素守恒計算硫酸的物質(zhì)的量，根據(jù)定義計算硫酸的物質(zhì)的量濃度，根據(jù)氮元素守恒計算溶液中硝酸的物質(zhì)的量，進而根據(jù)定義計算硝酸的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）鐵先被硝酸氧化為Fe³⁺，硝酸反應完畢，鐵與Fe³⁺反應生成Fe²⁺，當Fe³⁺反應完畢，鐵再與H⁺反應生成亞鐵離子與氫氣．由圖象可知，由于鐵過量，OA段發(fā)生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，該段產(chǎn)生的氣體是NO，AB段發(fā)生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，B點的溶液中溶質(zhì)為FeSO₄，BC段發(fā)生反應為：Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑，該段產(chǎn)生的氣體是氫氣，
故答案為：NO；H₂；FeSO₄；Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺；
（2）向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解19.2g即0.3mol銅，發(fā)生反應：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據(jù)硝酸根離子守恒，所以硝酸的物質(zhì)的量是0.2mol，
OA段發(fā)生反應為：Fe+NO₃^-+4H⁺=Fe³⁺+NO↑+2H₂O，硝酸根離子0.2mol消耗金屬鐵0.2mol，質(zhì)量是11.2g，即x=11.2g，得到鐵離子是0.2mol，AB段發(fā)生反應為：Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺，鐵離子全部消耗，需要金屬鐵是0.1mol，質(zhì)量是5.6g，所以y=11.2g+5.6g=16.8g，故答案為：11.2；16.8；
（3）向其中一份中逐漸加入銅粉，最多能溶解19.2g即0.3mol銅，發(fā)生反應：3Cu+2NO₃^-+8H⁺=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，根據(jù)硝酸根離子守恒，所以硝酸的物質(zhì)的量是0.2mol，硝酸濃度是$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L，由圖可知，加入28g鐵時，溶液中剩余的硫酸完全反應，此時溶液中溶質(zhì)為硫酸亞鐵，鐵的物質(zhì)的量為$\frac{28g}{56g/mol}$=0.5mol，根據(jù)Fe元素守恒可知硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為0.2mol，根據(jù)硫元素守恒計算硫酸的物質(zhì)的量為0.2mol，故硫酸的物質(zhì)的量濃度$\frac{0.2mol}{0.2L}$=1mol/L．
答：溶液中硝酸的濃度為1mol/L；硫酸的濃度為1mol/L．

點評 本題以圖象為載體，考查有關(guān)金屬和酸反應的計算題，難度較大，關(guān)鍵根據(jù)圖象分析各段發(fā)生的反應，注意與鐵的反應中硝酸全部起氧化劑作用是關(guān)鍵．