Question

某同学设计如下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①              ；②                。

（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，将结果填入下表未完成的空格中。

a/b取值范围	最终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）产生无色气体，逐渐变红棕色 NaOH 气体又变无色

①烧杯中液面上升，干燥管内液面下降 ②干燥管中固体与溶液脱离

（2）

a/b取值范围

最终溶液中的阳离子及其物质的量

<1/4

amolFe3+(b-4a)molH+

=1/4

amolFe3+

大于1/4小于3/8

(3b/4-2a)molFe3+，(3a-3b/4)molFe2+

=3/8

amolFe2+

>3/8

3b/8molFe2+

【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x+y＝a，4x+y=b，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+

【考点定位】考查硝酸的化学性质；铁的化学性质

【名师点晴】本题考查硝酸的性质，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高频考点，注意把握相关方程式的书写，根据方程式计算。本题的难点是（2），涉及反应有Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO+2H2O；3Fe+8HNO3=3Fe(NO3)2+2NO+4H2O，然后根据反应的方程式计算。