Question

（8分）有Fe和Fe₂O₃混合物溶于500 mL稀HNO₃中，放出2.24 L NO(標準狀況），并剩余5.44 g Fe。向反應后的溶液中通入2.016 L Cl₂(標準狀況），恰好能使溶液中Fe²⁺全部氧化。求：
（1）稀HNO₃物質的量濃度。
（2）混合物中的Fe的質量分數。

Answer 1

（1）0.92 mol·L^-1  (2)89.99%

Fe有剩余，說明稀HNO₃量不足，且Fe³⁺在溶液中一定不存在。溶液中Fe和Fe₂O₃的存在方式均為Fe（NO₃)₂。2.016 L÷22.4 L·mol^-1="0.09" mol，溶液中鐵元素共0.09×2="0.18" mol。在此過程中分析氧化劑和還原劑，由于Fe₂O₃生成的Fe³⁺先得Fe單質的電子，又生成Fe²⁺失電子給Cl₂，故整個過程可以看作沒有得電子也沒有失電子，則該過程中實際轉移電子數為：2.24÷22.4×3+0.09×2="0.48" mol，只相當于氧化單質鐵，故原混合物中溶解鐵為：0.48 mol÷3="0.16" mol，所有的鐵再加上剩余的鐵。同樣硝酸分為作酸和作氧化劑的硝酸。由Fe(NO₃)₂ 0.18 mol求作酸的硝酸，由NO 0.1 mol求作氧化劑的硝酸，兩部分相加便是所有的硝酸的量。混合物中Fe₂O₃同樣用所有溶液中鐵元素0.18 mol減去溶解的鐵單質可求得，再求Fe的含量。
解：（1）Cl₂的物質的量：2.016 L÷22.4 L·mol^-1="0.09" mol，溶液中Fe(NO₃)₂物質的量0.09 L·mol^-1×2="0.18" mol(鐵有剩余，沒有Fe³⁺),作酸的硝酸為：0.18 mol×2="0.36" mol作氧化劑的硝酸為： ="0.1" mol
c(HNO₃）= ="0.92" mol·L^-1
（2）由（1）已知溶液中的鐵元素共有0.09×2="0.18" mol，由于Fe₂O₃生成的Fe³⁺先得鐵單質的電子生成Fe²⁺，又失電子給Cl₂，故整個過程可以看作沒有得電子也沒有失電子，則該過程中實際轉移電子數為2.24 L÷22.4 L·mol^-1×3+0.09 mol×2="0.48" mol，只相當于氧化鐵單質，故原混合物溶解鐵為：0.48 mol÷3="0.16" mol，所有的單質鐵為：0.16 mol+="0.257" mol
Fe₂O₃中 Fe元素的物質的量：0.18 mol-0.16 mol="0.02" mol。
所以Fe₂O₃的物質的量為0.01 mol。
Fe的質量分數為：
×100%=89.99%。