Question

現有Fe、Cu組成的合金，其中Cu、Fe的總物質的量為1mol，Cu的物質的量分數為x．研磨成粉末后，全部投入含b mol硝酸的稀溶液中，微熱使其充分反應，還原產物只得到NO．試回答下列問題：
（1）用微粒符號填寫下列空白（列舉出全部可能的情況）．

	①	②	③	④	⑤	⑥
殘留固體成分	Fe、Cu	Cu	Cu	-	-	-
溶液中的金屬離子

（2）當溶液中金屬離子只有Fe²⁺、Fe³⁺、、Cu²⁺時，再加入稀硝酸發生反應的離子方程式為

3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O

．
（3）若固體和硝酸恰好完全反應，被還原的硝酸占總量的1/4，則b的取值范圍為

8

3

≤b≤4(1-

x

3

)

．

Answer 1

分析：（1）根據剩余固體的成分結合物質還原性強弱、離子共存分析；
（2）根據Fe²⁺及稀硝酸的性質分析；
（3）根據離子的成分采用極限法分析；?

解答：解：（1）Cu、Fe的混合物與稀硝酸反應，金屬可能有剩余，可能沒有剩余．金屬可能有剩余時，根據共存可知，剩余金屬有兩種情況：①剩余Fe、Cu，當有Fe剩余時，溶液中能與Fe反應的Fe³⁺、Cu²⁺都不存在，所以溶液中只有Fe²⁺；
②只剩余Cu，溶液中一定不存在與Cu反應的Fe³⁺，根據離子共存，可能只有Fe²⁺；
③通過②知，溶液中還可能存在的離子是Fe²⁺、Cu²⁺；
④當固體沒有剩余時，可能存在的情況是：當Fe恰好與硝酸反應生成Fe²⁺，Cu 恰好與硝酸生成Cu²⁺，所以溶液中存在的離子是Fe²⁺、Cu²⁺；
⑤通過④知，固體沒有剩余時，生成的Fe³⁺部分反應，根據離子共存，溶液中存在的離子可能的Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；
⑥通過④、⑤知，固體沒有剩余時，鐵、銅全部被氧化成離子，根據離子共存，溶液中存在的離子可能是Cu²⁺、Fe³⁺；
故答案為：

	①	②	③	④	⑤	⑥
溶液中的金屬離子	Fe2+	Fe2+	Fe2+、Cu2+	Fe2+、Cu2+	Fe2+、Fe3+、Cu2+	Cu2+、Fe3+

（2）硝酸有強氧化性，Fe²⁺有還原性，所以硝酸和Fe²⁺能發生氧化還原反應，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，自身被還原成一氧化氮，故答案為：3Fe²⁺+4H⁺+NO₃^-=3Fe³⁺+NO↑+2H₂O．
（3）當固體沒有剩余時，根據離子共存，溶液中存在的離子可能情況分別為：Fe²⁺、Cu²⁺；Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺；Cu²⁺、Fe³⁺；
 根據鐵、銅與硝酸反應的比例關系分析知，當溶液中存在的離子為Fe²⁺、Cu²⁺時，消耗的硝酸最少；
      3Fe+8HNO₃=3Fe（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
      3    8
   （1-x）  

8(1-x)

3

    3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O

    3         8
   x       

8x

3

所以消耗硝酸的量為

8(1-x)

3

+

8x

3

=

8

3

mol；
當鐵恰好反應生成硝酸鐵，銅恰好生成硝酸銅時，消耗的硝酸的量最多，
3Cu+8HNO₃=3Cu（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O
3   8
x  

8x

3

Fe+4HNO₃=Fe（NO₃）₃+NO↑+2H₂O
 1  4
1-x 4（ 1-x ）
所以消耗硝酸的量為

8x

3

+4( 1-x )=4(1-

x

3

)mol
故答案為：

8

3

≤b≤4(1-

x

3

)

點評：本題考查了鐵、銅及硝酸的性質，因為鐵是變價金屬，和硝酸反應又涉及量不同產物不同，所以本題難度較大，可根據固體成分結合離子共存討論，化繁為簡，效果較好．