Question

硝酸是重要的氧化剂，铁、铜是生活中常见的金属．

（1）Fe与Cu混合物与65%的硝酸反应会产生大量NO₂，该反应使用的硝酸的物质的量浓度为______mol/L（已知ρ=1.4g/cm³）．

（2）各为0.1mol的Cu与Fe混合物与足量的某浓度的硝酸反应产生4.48L气体（标准状况下），则该反应消耗的硝酸为______mol．

（3）4.4gFe与Cu混合物与过量的硝酸反应，放出的气体与标准状况下的1.12L的氧气混合后通入水中恰好被完全吸收，则其中铜的质量为______g．

（4）Fe与Cu混合物共有a mol，其中铜的物质的量分数为X，将该混合物全部投入b mol的硝酸中使其充分反应，假定硝酸的还原产物仅有NO，

①若溶液中金属离子只有Fe²⁺、Cu²⁺时，则b的取值范围是______（用a、x表示）．

②若x=0.2时，溶液Fe²⁺与Fe³⁺的物质的量相等时，在标准状况下产生NO 6.72L，求a、b的值．（写出简要的计算过程）___________

Answer

14.44 0.7 1.6 ＜b≤ a的值为0.375，b的值为1.2

【解析】

(1)依据溶液中溶质物质的量浓度和溶质质量分数的换算关系计算得到，c=；

(2)铜和铁与足量硝酸反应发生氧化还原反应，硝酸被还原为氮氧化物，金属被氧化为硝酸盐，依据氮元素守恒计算元硝酸溶液的浓度；

(3)铜、铁与过量的硝酸反应生成硝酸铜、硝酸铁与氮的氧化物，氮的氧化物与氧气、水反应生成硝酸，纵观整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，根据二者质量与电子转移列方程计算．根据m=nM计算铜的质量；

(4)①当溶液中的金属离子只有Fe2+、Cu2+时，说明Cu恰好完全反应或者有剩余，而HNO3和Fe则完全反应（如果有硝酸剩余，则Fe2+则会被进一步氧化为Fe3+；如果有Fe剩余，则会和Cu2+继续反应），HNO3→NO，N得3电子，设被还原的HNO3为y mol，总计得3y mol电子，Cu→Cu2+，Cu失2电子，设参加反应的Cu为z mol，总计失2z mol电子，

Fe→Fe2+，Fe失2电子，参加反应的Fe为a(1﹣x)mol，总计失2a(1﹣x)mol电子，根据得失电子总数相等，所以：3y=2z+2a(1﹣x) ①，反应中起酸作用的硝酸生成Fe(NO3）2和Cu(NO3)2，起氧化剂作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a(1﹣x)+2z=b ②，联立方程，消去y，可得b的表达式（用a、x、z表示），参加反应的Cu的物质的量z的取值大于0，最大为ax，带入b的表达式计算；

②当x=0.2，溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量相等时，Cu全部为铜离子，根据得失电子守恒和氮原子守恒计算。

(1)Fe与Cu混合物与65%的硝酸反应会产生大量NO2，该反应使用的硝酸的物质的量浓度==14.44mol/L；

(2)各为0.1mol的Cu与Fe混合物与足量的某浓度的硝酸反应产生4.48L气体（标准状况下），物质的量n==0.2mol，铜和铁与足量硝酸反应发生氧化还原反应，硝酸被还原为氮氧化物，金属被氧化为硝酸盐，Cu(NO3)2，Fe(NO3)3，氮元素守恒计算，则该反应消耗的硝酸物质的量=0.1mol×2+0.1mol×3+0.2mol=0.7mol；

(3)铜、铁与过量硝酸反应生成硝酸铜、硝酸银铁与氮的氧化物，氮的氧化物与氧气、水反应生成硝酸，纵观整个过程，金属提供的电子等于氧气获得的电子，n(O2)==0.05mol，设Cu、Fe的物质的量分别为x、y，则：根据质量列方程：x×64g/mol+y×56g/mol=4.4g根据电子守恒列方程：2x+3×y=0.05mol×4，解得：x=0.025mol；y=0.05mol ，m(Cu)=0.025mol×64g/mol=1.6g；

(4)①当溶液中的金属离子只有Fe2+、Cu2+时，说明Cu恰好完全反应或者有剩余，而HNO3和Fe则完全反应（如果有硝酸剩余，则Fe2+则会被进一步氧化为Fe3+；如果有Fe剩余，则会和Cu2+继续反应），HNO3→NO，N得3电子，设被还原的HNO3为y mol，总计得3y mol电子，Cu→Cu2+，Cu失2电子，设参加反应的Cu为z mol，总计失2z mol电子，Fe→Fe2+，Fe失2电子，参加反应的Fe为a(1﹣x)mol，总计失2a(1﹣x)mol电子，根据得失电子总数相等，所以：3y=2z+2a(1﹣x) ①，反应中起酸作用的硝酸生成Fe(NO3)2和Cu(NO3)2，起氧化剂作用的硝酸生成NO，由N元素守恒，所以有：y+2a(1﹣x)+2z=b ②，联立方程，消去y，整理得b=8z+③，参加反应的Cu的物质的量z的取值大于0，最大为ax，带入③中，可得＜b≤；

②当x=0.2，溶液中Fe3+和Fe2+的物质的量相等时，Cu全部为铜离子，所以参加反应的Cu为0.2amol，Fe3+和Fe2+的物质的量各为0.4amol，HNO3→NO，N得3电子，产生6.72LNO气体即0.3mol，总计得0.9 mol电子，Cu→Cu2+，Cu失2电子，则失0.4a mol电子，Fe→Fe2+，Fe失2电子，则失0.8amol电子，Fe→Fe3+，Fe失3电子，则失1.2amol电子，根据得失电子总数相等，所以：0.9=0.4a+0.8a+1.2a，解得a=0.375mol，根据氮原子守恒可知：b=2n(Cu2+)+2n(Fe2+)+3n(Fe3+)+2n(NO)=2×0.2×0.375+2×0.4×0.375+3×0.4×0.375+0.3=1.2mol；