Question

甲、乙两组同学分别对铜、铁与硝酸的反应进行探究，请你参与并完成对有关问题的解答。

（1）甲组同学采用如图所示装置验证铜与硝酸的反应。已知仪器a中盛有足量一定浓度的硝酸溶液，试管b中盛有3.2  g铜。

①请写出铜与稀硝酸反应的离子反应方程式_________。

②在铜与硝酸的反应中，硝酸所表现出的化学性质主要有___________。

③仪器c中收集的气体主要是________。（填分子式）

④待试管b中反应进行完全，如果向b中液体里加入足量氢氧化钠溶液，可生成沉淀的质量是_______g。

（2）乙组同学对铁与稀硝酸的反应进行探究。他们用a mol Fe和含有b mol HNO₃的稀硝酸进行实验，若两种物质恰好反应都无剩余，且HNO₃只被还原成NO，反应结束后溶液中含有Fe³⁺和Fe²⁺。则

①反应结束后的溶液中NO₃^－的物质的量的取值范围是_______。（用含a的代数式等表示）

②若反应结束后的溶液中Fe³⁺、Fe²⁺的物质的量之比n(Fe³⁺)∶n(Fe²⁺) 为3∶1，则的值为________。

Answer

3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++4H2O+2NO↑ 酸性和强氧化性 NO 4.9 2amol＜n（NO3-）＜3amol

【解析】

(1)①铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮、水；

②铜与稀硝酸反应中N元素的化合价部分未变化表现酸性，部分降低表现强氧化性；

③NO2与水反应生成NO；

④根据铜原子守恒计算可得；

(2)①全部为Fe3+时，溶液中NO3-的物质的量最大，故NO3-的物质的量最大为3amol，全部为Fe2+时，溶液中NO3-的物质的量最小；

②依据电荷守恒、原子个数守恒和得失电子数目守恒建立关系式求解可得。

(1)①铜与稀硝酸反应生成硝酸铜、一氧化氮、水，反应的离子方程式为：3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++4H2O+2NO↑，故答案为：3Cu+8H++2NO3-═3Cu2++4H2O+2NO↑；

②铜与稀硝酸反应中N元素的化合价部分未变化生成硝酸铜，硝酸表现酸性，部分降低生成氮的氧化物，硝酸表现强氧化性，故答案为：酸性和强氧化性；

③进入仪器c的气体为NO2，NO2与水反应生成NO，仪器c中收集的气体主要是NO，故答案为：NO；

④3.2g铜的物质的量为=0.05mol，向b中液体里加入足量氢氧化钠溶液，铜离子完全转化为氢氧化铜沉淀，根据铜原子守恒可知n[Cu(OH)2]=n(Cu)=0.05mol， 则m[Cu(OH)2]=0.05mol×98g/mol=4.9g，故答案为：4.9；

(2)①全部为Fe3+时，溶液中NO3-的物质的量最大，故NO3-的物质的量最大为3amol，全部为Fe2+时，溶液中NO3-的物质的量最小，故NO3-的物质的量最小为3amol，由于溶液中含有Fe3+和Fe2+，故2amol＜n(NO3-)＜3amol，故答案为：2amol＜n(NO3-)＜3amol；

②n(Fe3+)：n(Fe2+)=3：1，则n(Fe3+)=amol、n(Fe2+)=amol，故溶液中n(NO3-)=3n(Fe3+) +2n(Fe2+)=amol×3+amol×2=mol，由氮原子守恒可知，n(NO)=bmol-mol，根据电子转移守恒有：amol×3+amol×2=(b-)mol×(5-2)，整理得b：a=，故答案为：。