Question

某同学设计如图所示装置来试验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，A中干燥管中观察到的实验现象是      ，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中收满气体后，关闭开关b，装置A中观察到的现象是      ．

（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中最后溶液的主要阳离子组成及其物质的量，将结果填入表中未完成的空格中．

取值范围	最终溶液中的阳离子及其物质的量
＜
=	a mol Fe^3+
大于小于
=	a mol Fe^2+
＞

Answer

（1）产生无色气体，逐渐变红棕色；NaOH；气体又变无色；烧杯中液面上升、干燥管内液面下降、干燥管中固体与溶液脱离接触；

（2）

取值范围

最终溶液中的阳离子及其物质的量

＜

a mol Fe3+（b﹣4a）mol H+

=

a mol Fe3+

大于小于

（﹣2a）mol Fe3+，（3a﹣）mol Fe2+

=

a mol Fe2+

＞

molFe2+

【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，NO不溶于水，可用排水法收集；

（2）涉及反应有Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，根据反应的方程式计算．

【解析】
（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，装置A中压强不断增大，观察到的现象是烧杯中液面上升、干燥管内液面下降、干燥管中固体与溶液脱离接触，

故答案为：产生无色气体，逐渐变红棕色；NaOH；气体又变无色；烧杯中液面上升、干燥管内液面下降、干燥管中固体与溶液脱离接触；

（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=Fe（NO3）3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，

①如＜，说明硝酸过量，则反应有溶液存在Fe3+、H+，其中n（Fe3+）=amol，有方程式可知消耗4amol硝酸，则剩余n（ H+）=（b﹣4a）mol；

②如=，只发生Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+2H2O，二者恰好反应，反应后n（Fe3+）=amol；

③如大于小于，说明发生Fe+4HNO3=Fe（NO3）3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，

设两个反应分别消耗的Fe为xmol、ymol，

则，解之得，x=﹣2a，y=3a﹣，

④如=，恰好发生3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，反应后溶液中含有a mol Fe2+，

⑤如＞，说明铁过量，只发生3Fe+8HNO3=3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，反应后溶液中含有molFe2+，

故答案为：

取值范围

最终溶液中的阳离子及其物质的量

＜

a mol Fe3+（b﹣4a）mol H+

=

a mol Fe3+

大于小于

（﹣2a）mol Fe3+，（3a﹣）mol Fe2+

=

a mol Fe2+

＞

molFe2+