Question

6．為了測定銅鐵合金中銅的質量分數，在10.00g試樣中加入200mL、0.6mol/L的稀硝酸，充分反應后剩余金屬7.48g，再向其中加入50mL、0.4mol/L的稀硫酸，充分振蕩后剩余金屬6.60g．若硝酸的還原產物只有NO，下列說法正確的是（　�。�

• A． 上述測定不能達到實驗目的
• B． 剩余的7.48g金屬為銅
• C． 共生成NO氣體 0.04mol
• D． 該合金中銅的質量分數為69.2%

Answer 1

分析 每次均有金屬剩余，說明反應后溶液中一定沒有Fe³⁺，肯定有Fe²⁺，發(fā)生反應方程式為：3Cu+8H⁺+NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O，3Fe+8H⁺+NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O，
而有金屬剩余，則反應后溶液中必然不含H⁺，而NO₃^-只有$\frac{1}{4}$被還原：0.12mol×$\frac{1}{4}$=0.03mol，根據固體質量變化判斷第一次溶解金屬情況；
第二次又加入H⁺為：0.05L×0.4mol/L×2=0.04mol，從方程式看出又有0.01mol的NO₃^-進一步被還原，設出銅和鐵的物質的量，然后根據質量變化及氫離子的物質的量列式計算出第二次溶解的金屬，從而得出合金中各組分的含量、生成一氧化氮的物質的量、銅的質量分數．

解答 解：每次均有金屬剩余，說明反應后溶液中肯定沒有Fe³⁺，肯定有Fe²⁺，發(fā)生反應：
3Cu+8H⁺+2NO₃^-=3Cu²⁺+2NO↑+4H₂O
3   8    2
3Fe+8H⁺+2NO₃^-=3Fe²⁺+2NO↑+4H₂O
3   8    2
第一次加入H⁺和NO₃^-均為：0.2L×0.6mol/L=0.12mol，而有金屬剩余，知道反應后溶液中必然不含H⁺，而NO₃^-只有$\frac{1}{4}$被還原：0.12mol×$\frac{1}{4}$=0.03mol，
消耗的金屬的物質的量為：0.12mol×$\frac{3}{8}$=0.045mol，如果溶解的金屬全部為Fe，則消耗金屬的質量為：56g/mol×0.045g=2.52g，
而金屬減少的質量為：10.0g-7.48g=2.52g，則第一次溶解的只有Fe，Cu沒有參與反應；
第二次又加入H⁺為：0.05L×0.4mol/L×2=0.04mol，根據方程式可知又有0.01mol的NO₃^-進一步被還原，而如果金屬全部消耗的是Fe，則金屬必然減少：56g/mol×$\frac{3}{8}$×0.04mol=0.84g＜7.48g-6.60g=0.88g；
而如果金屬消耗的都是Cu，則金屬減少：64g/mol×$\frac{3}{8}$×0.02mol=0.96g＞7.48g-6.60g=0.88g，說明第二次消耗的金屬為Fe和Cu；
則第一次反應后剩余的7.48g金屬為Fe和Cu的混合物，6.60g完全為Cu，
設第二次溶解的鐵的物質的量為xmol、銅的物質的量為ymol，則：①xmol+ymol=$\frac{3}{8}$×0.04mol=0.015mol；
根據金屬質量變化可知：②56g/mol×xmol+64g/mol×ymol=7.48g-6.60g=0.88g，
根據①②解得：x=0.01，y=0.005，
則混合物中Cu的質量為：6.60g+64g/mol×0.005mol=6.92g，
A．由以上分析可知，可以計算出混合物中含有6.92g銅，從而得出合金中各組分的含量，故A錯誤；
B．剩余的7.48g為鐵和銅的混合物，故B錯誤；
C．根據反應方程式可知，生成一氧化氮的物質的量為反應的氫離子總物質的量的$\frac{1}{4}$，則：n（NO）=$\frac{1}{4}$（0.12mol+0.04mol）=0.04mol，故C正確；
D．根據計算可知，合金中含有6.92g銅，則銅的質量分數為：$\frac{6.92g}{10g}$×100%=69.2%，故D正確；
故選CD．

點評 本題考查混合物的有關計算，題目難度較大，判斷第一次剩余的金屬組成是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，正確書寫反應的離子方程式為解答本題前提，試題充分考查了學生的理解能力及化學計算能力．