Question

常溫時，將a mol Cu和a mol Fe投入含b mol HNO₃的濃硝酸中，經一段時間后，使它們恰好完全反應。已知反應后溶液中Fe³⁺和Fe²⁺的物質的量相等，HNO₃的還原產物為NO和NO₂，且不考慮NO₂轉化為N₂O₄，反應中可產生氣體560 mL。將該氣體溶于水，充分反應后，氣體體積減少224 mL(氣體體積均為標準狀況下體積)。求a、b的值�！蔡崾荆阂阎�2Fe(NO₃)₃+Fe====3Fe(NO₃)₂〕

Answer 1

a=0.01，b=0.07

解析：常溫下，將Fe和Cu投入濃硝酸中，由于Fe發生鈍化，首先發生的反應為：Cu+4HNO₃(濃)====Cu(NO₃)₂+2NO₂↑+2H₂O

待硝酸濃度降低后，隨之發生的反應為：

Fe+4HNO₃(稀)====Fe(NO₃)₃+NO↑+2H₂O

3Fe+8HNO₃(稀)====3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

3Cu+8HNO₃(稀)====3Cu(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O

n(NO)+n(NO₂)==0.025 mol

由氣體體積差量法：

3NO₂+H₂O====2HNO₃+NO    ΔV

3 mol                                  2×22.4 L

n(NO₂)                                  0.224 L

n(NO₂)=0.015 mol，n（NO）=0.025 mol-0.015 mol=0.01 mol。

據得失電子守恒：

2n（Cu²⁺）+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)=3n（NO）+n（NO₂）

2×a mol+2× mol+3× mol=3×0.01 mol+0.015 mol

a=0.01

b的值可用兩種方法求得：

解法一：反應消耗的HNO₃:

n(HNO₃)=2n(Cu²⁺)+2n(Fe²⁺)+3n(Fe³⁺)+n(NO)+n(NO₂)=4.5 a mol+0.025 mol=4.5×0.01 mol+0.025 mol=0.07 mol

即b=0.07。

解法二：考察Fe、Cu與稀HNO₃的3個反應，參加反應的HNO₃的量均為被還原HNO₃的量（即NO的量）的4倍，所以：

n(HNO₃)=2n(NO₂)+4n(NO)=2×0.015 mol+4×0.01 mol=0.07 mol