Question

某同学设计如图所示装置用粗铁粒与某浓度稀硝酸反应制取NO气体。

(1）当打开开关a，关闭开关b 时，观察到A 中干燥管中液面上方的实验现象是__________，烧杯B 中盛的是_____________溶液。当_________时关闭开关a，打开开关b，此时C 中用排水法收集NO气体。当C中收集满气体后，关闭开关b。

(2）将a mol Fe 与含b mol HNO₃ 的稀溶液充分反应后，若硝酸的还原产物只有NO。试讨论分析烧杯A 中最终溶液中的主要阳离子组成及其物质的量，将结果填人下表未完成的空格中。

a/b取值范围	最最溶液中的主要阳离子及其物质的量
＜1/4
=1/4	a mol Fe^3+
大于1/4小于3/8
=3/8	a mol Fe^2+
＞3/8

Answer

（1）气体由无色逐渐变成红棕色；NaOH；气体又变无色；

（2）

a/b取值范围

最最溶液中的主要阳离子及其物质的量

＜1/4

a mol Fe3+，(b-4a) mol H+

=1/4

a mol Fe3+

大于1/4小于3/8

(3b/4-2a) molFe3+，（3a-3b/4）molFe2+

=3/8

a mol Fe2+

＞3/8

3b/8 mol Fe2+

【解析】

试题分析：（1）当打开开关a，关闭开关b时，铁与稀硝酸反应生成NO，NO与装置内氧气反应生成红棕色的NO2，由于氮氧化物有毒，不能排放到空气中，B中为氢氧化钠溶液，可用于吸收气体，防止污染环境，当气体又变无色时，说明NO2全被吸收，关闭开关a，打开开关b，此时C中用排水法收集NO气体．当C中收满气体后，关闭开关b。（2）将a mol Fe与含b mol HNO3的稀溶液充分反应后，发生反应有Fe＋4HNO3(稀)= Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O。①如a:b＜1:4，说明硝酸过量，则反应后的溶液中存在Fe3+、H+，其中n(Fe3+)=amol，根据方程式中二者反应关系可知消耗4amol硝酸，则剩余n(H+)=(b-4a)mol；②如a:b=1:4，只发生Fe＋4HNO3(稀)= Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O，二者恰好反应，反应后n(Fe3+)==amol；③如3:8>a:b>1:4；，说明发生Fe＋4HNO3(稀)= Fe(NO3)3＋NO↑＋2H2O；3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，设两个反应分别消耗的Fe为xmol、ymol，则x+y＝a；4x+8 y /3＝b，解之得，x=3b/4-2a，y=3a-3b/4，④如a:b=3:8，恰好发生3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，反应后溶液中含有a molFe2+；⑤如a:b>3:8，说明铁过量，只发生3Fe＋8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，反应后溶液中含有3b/8molFe2+。

考点：考查硝酸的化学性质及有关物质的量在化学反应方程式的计算的应用的知识。