Question

將10 g鐵粉置于40 mL硝酸中，再微熱，反應過程中隨著硝酸濃度的降低，生成氣體的顏色由紅棕色逐漸變成無色。充分反應后，共收集到1.792 L混合氣體(標準狀況)，此時溶液中還殘留4.4 g固體。

(1)求該反應中被還原的硝酸和未被還原的硝酸的物質的量比。

(2)求原硝酸的物質的量濃度。

(3)求混合氣體中NO和NO₂的體積比。

Answer 1

(1)2∶5  (2)7 mol·L^-1  (3)3∶1

解析：實際參加反應的鐵粉質量為10 g-4.4 g=5.6 g(即0.1 mol Fe)。因為鐵粉有剩余，所以生成的產物中，鐵元素呈現的價態不是+3價，而是+2價，即生成物為Fe(NO₃)₂。生成的氣體總物質的量為1.792 L÷22.4 L·mol^-1=0.08 mol。由題意可知，生成的氣體為NO和NO₂組成的混合物(此處忽略了N₂O₄的存在)，并設其中NO、NO₂的物質的量分別為x、y，得失電子關系式為：

     Fe   —   2e^-—Fe²⁺

0.1 mol   0.2 mol

HNO₃(濃)+e^-NO₂↑(先)

                 y               y

HNO₃(稀)+3e^-NO↑(后)

                 3x             x

根據得失電子守恒列出等式：

3x+y=0.2 mol

根據氣體總物質的量列出等式：

x+y=0.08 mol

解得：x=0.06 mol，y=0.02 mol

即混合氣體中NO和NO₂的體積之比為V(NO)∶V(NO₂)=0.06 mol∶0.02 mol=3∶1。

根據題意可直接寫出總反應的化學方程式為：

0.1Fe+0.28HNO₃====0.1Fe(NO₃)₂+0.06NO↑+0.02NO₂↑+0.14H₂O

該反應中被還原的硝酸和未被還原的硝酸的物質的量之比為0.08 mol∶0.2 mol=2∶5

〔也可直接由Fe²⁺ 0.1 mol，Fe(NO₃)₂ 0.1 mol，未被還原的HNO₃為0.2 mol，故被還原的HNO₃∶未被還原的HNO₃=(0.06+0.02)∶0.2=2∶5〕

原硝酸溶液的物質的量濃度為：

c(HNO₃)=0.28 mol÷0.04 L=7 mol·L^-1。