Question

（2011?崇明县一模）在500mL 某浓度的硝酸溶液中加入20g铁粉，充分反应后，将反应液过滤、洗涤、干燥，称得固体质量为3.2g，产生的NO₂和NO气体经测定为8.96L（标准状况）．
（1）混合气体中NO₂和NO体积比为

3：1

；
（2）所用HNO₃的物质的量浓度为

2

mol/L；
（3）如图，若将上述反应产生的混合气体加入n mol氧气一起通入水中，配成100mL溶液，所得硝酸溶液的物质的量浓度（c）与加入氧气的物质的量（n）的关系．
①a 点的数值是

0.15

mol；
②当n=0.12mol时，所得硝酸溶液的物质的量浓度

3.6mol/L

；
③通过计算，求出所得硝酸溶液的物质的量浓度（c）与加入氧气的物质的量（n）的关系式

n≥0.15mol、c（HNO₃）=4mol/L

，

0＜n≤0.15mol、c（HNO₃）=（2+

40n

3

）mol/L

．（写出计算过程）

Answer 1

分析：（1）根据n=

m

M

计算参加反应的Fe的物质的量，根据n=

V

Vm

计算混合气体的物质的量，铁剩余，硝酸完全反应，反应生成硝酸亚铁，令NO₂和NO的物质的量分别为xmol、ymol，根据电子转移守恒与二者物质的量之和列方程，据此计算解答；
（2）根据N元素守恒可知n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO+NO₂），据此计算；
（3）①a点NO₂和NO气体完全反应，根据电子注意守恒，氧气获得的电子等于参加反应的铁提供的电子，据此计算氧气的物质的量；
②根据①中a的值，判断发生的反应，若0.12≥a，则根据N元素守恒计算，生成的硝酸；
若0.12＜a，根据混合气体中NO₂和NO气体比例关系，写出混合气体与氧气反应的总反应方程式，还发生二氧化氮与水反应，根据氧气计算生成的硝酸、剩余的NO₂和NO混合气体的物质的量，再计算二氧化氮与水反应生成的硝酸的物质的量，再根据c=

n

V

计算硝酸浓度；
③根据混合气体中NO₂和NO气体比例关系，写出混合气体与氧气反应的总反应方程式，据此讨论：
A、当n（O₂）≥0.15mol时，NO₂和NO完全反应，根据N元素计算生成硝酸物质的量，再根据c=

n

V

计算硝酸浓度；
B、当0＜n（O₂）≤0.15mol时，氧气不足量，还发生二氧化氮与水反应，根据氧气计算生成的硝酸、剩余的NO₂和NO混合气体的物质的量，再计算二氧化氮与水反应生成的硝酸的物质的量，再根据c=

n

V

计算硝酸浓度．

解答：解：（1）因为铁粉有剩余，所以溶液中存在的一定是Fe（NO₃）₂，参加反应的n（Fe）=

20g-3.2g

56g/mol

=0.3mol，
n（NO+NO₂）=

8.96L

22.4L/mol

=0.4mol，
令NO₂和NO的物质的量分别为xmol、ymol，则：

x+y=0.4 x+3y=0.3×2

，解得x=0.3，y=0.1，
故混合气体中NO₂和NO体积比为0.3mol：0.1mol=3：1
故答案为：3：1；
（2）因为铁粉有剩余，所以溶液中存在的一定是Fe（NO₃）₂，由（1）中参加反应的n（Fe）=0.3mol，则n[Fe（NO₃）₂]=0.3mol，n（NO+NO₂）=0.4mol，根据N元素守恒：n（HNO₃）=2n[Fe（NO₃）₂]+n（NO+NO₂）=0.3mol×2+0.4mol=1mol，
故：c（HNO₃）=

1mol

0.5L

=2mol/L，
故答案为：2；
（3）①由图可知，a点NO₂和NO气体完全反应，根据电子注意守恒，氧气获得的电子等于参加反应的铁提供的电子，由（1）中可知参加反应的n（Fe）=0.3mol，反应生成Fe（NO₃）₂，故a点氧气的物质的量为

0.3mol×2

4

=0.15mol，
故答案为：0.15；
②由（1）可知混合气体中NO₂和NO体积比为3：1，故与氧气一起通入水中，总反应式为6NO₂+2NO+3O₂+4H₂O=8HNO₃，
由于0.12＜a，故氧气不足，由总反应方程式可知，氧气完全反应生成硝酸为0.12mol×

8

3

=0.32mol，消耗NO₂为0.12mol×

6

3

=0.24mol，故剩余NO₂为0.3mol-0.24mol=0.06mol，故发生反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，又生成硝酸为0.06mol×

2

3

=0.04mol，故共生成硝酸0.32mol+0.04mol=0.36mol，所得硝酸的浓度为：

0.36mol

0.1L

=3.6mol/L，
故答案为：3.6mol/L；
③A、当n（O₂）≥0.15mol时，氧气足量，NO₂和NO完全反应，N元素可知生成硝酸物质的量n（HNO₃）=+n（NO+NO₂）=0.4mol，故c（HNO₃）=

0.4mol

0.1L

=4mol/L，
B、当0＜n（O₂）≤0.15mol时，氧气不足量，由6NO₂+2NO+3O₂+4H₂O=8HNO₃可知，氧气完全反应生成硝酸为nmol×

8

3

=

8n

3

mol，消耗NO₂为nmol×

6

3

=2nmol，故剩余NO₂为0.3mol-2n mol=（0.3-2n）mol，故发生反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，又生成硝酸为（0.3-2n）mol×

2

3

=（0.2-

4n

3

）mol，故共生成硝酸

8n

3

mol+（0.2-

4n

3

）mol=（0.2+

4n

3

）mol，故c（HNO₃）=

(0.2+ 4n 3 )mol

0.1L

=（2+

40n

3

）mol/L，
故答案为：n≥0.15mol、c（HNO₃）=4mol/L；0＜n≤0.15mol、c（HNO₃）=（2+

40n

3

）mol/L．

点评：本题考查混合物的计算、根据方程式的计算等，题目计算量较大，过程复杂，为易错题目，难度较大，注意利用守恒思想进行的计算，（3）中关键是利用总反应式进行讨论，简化计算．