问题 问答题

将10g铁置于40mL某浓度的硝酸中,微热使其充分反应,随着反应的进行,硝酸的浓度降低,生成气体的颜色由红棕色变为无色,反应至结束共收集到气体1792mL气体(均为标况下测定,不考虑N2O4存在),最后溶液中尚余4.4g固体.求解下列问题:

(1)原硝酸的物质的量浓度;

(2)生成的混合气体的组成;

(3)该反应过程中的总化学方程式.

答案

最后溶液中尚余4.4g固体,该固体是铁,则溶液中铁以亚铁离子存在,即溶液中的溶质是硝酸亚铁,

(1)反应至结束共收集到气体1792mL气体(均为标况下测定,不考虑N2O4存在),混合气体的物质的量=

1.792L
22.4L/mol
=

0.08mol,反应消耗铁的物质的量=

10-4.4
56
mol=0.1mol,无论是二氧化氮还是一氧化氮,n(NOx)=n(HNO3)(作氧化剂),n[Fe(NO32]=
1
2
n(HNO3)(作酸),根据氮原子守恒,硝酸的物质的量=n(NOx)+2n[Fe(NO32]=0.08mol+0.1mol×2

=0.28mol,C(HNO3)=

0.28mol
0.04L
=7 mol/L,答:原硝酸的物质的量浓度是7 mol/L;

(2)设n(NO)是xmol,n(NO2)是ymol,结合转移电子守恒列方程组为:

x+y=
1.792
22.4
3×x+1×y=
10-4.4
56
×2

x=0.06
y=0.02

答:混合气体中一氧化氮和二氧化氮的物质的量分别是 0.06mol、0.02mol;

(3)该反应中,铁先和浓硝酸反应生成硝酸铁和二氧化氮、水,当硝酸降低到一定程度后,硝酸和铁反应生成硝酸铁、一氧化氮和水,当硝酸完全反应后,铁再和硝酸铁反应生成硝酸亚铁,

铁的物质的量是0.1mol,参加反应的硝酸的物质的量是0.28mol,生成一氧化氮的物质的量是0.06mol,二氧化氮的物质的量是0.02mol,则这几种物质之间的计量数之比是0.1mol:0.28mol:0.06mol:0.02mol=5:14:3:1,

所以其方程式为:5Fe+14HNO3=5Fe(NO32+3NO↑+NO2↑+7H2O,

答:该反应过程中的总化学方程式是5Fe+14HNO3=5Fe(NO32+3NO↑+NO2↑+7H2O.

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