解析一組有關(guān)鐵與硝酸反應(yīng)方程式的試題

PAGEPAGE4解析一組有關(guān)鐵與硝酸反應(yīng)方程式的試題鐵與硝酸反應(yīng)的試題是高中化學(xué)久考不衰的熱點(diǎn)問題，這是一個(gè)受多種因素影響較為復(fù)雜的反應(yīng)。因此，命題者可以從硝酸的濃度、反應(yīng)溫度、硝酸與鐵的用量不同等多種因素變化，利用基本概念、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、推理計(jì)算等原理而設(shè)計(jì)出許多考題。下面就解析一組有關(guān)鐵與硝酸反應(yīng)方程式的試題。1．鐵與濃硝酸反應(yīng)環(huán)境條件變化的試題鐵與濃硝酸反應(yīng)的產(chǎn)物依賴于硝酸的冷熱程度、硝酸的濃稀程度等綜合因素，下面將從溫度和濃度兩個(gè)因素變化結(jié)合圖形進(jìn)行命題。例1．鐵在冷的稀硝酸中反應(yīng)的主要還原產(chǎn)物為NO，而在熱的稀硝酸中反應(yīng)其主要還原產(chǎn)物為N2O，當(dāng)溶液更稀主要還原產(chǎn)物為NH4+，請(qǐng)分析下圖回答問題（假設(shè)在任一氣體產(chǎn)生曲線段內(nèi)只有一種還原產(chǎn)物）。c(H+)b/c/d/a/V(氣體)(標(biāo)準(zhǔn)狀況)on(Fe)abcd=1\*GB2⑴配平由b到c點(diǎn)時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式。Fe+HNO3=Fe(NO3)3+NH4NO3+H2O=2\*GB2⑵判斷從o點(diǎn)到a點(diǎn)時(shí)的還原產(chǎn)物為。=3\*GB2⑶從a點(diǎn)到b點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的還原產(chǎn)物為，其原因是。=4\*GB2⑷已知到達(dá)d點(diǎn)時(shí)反應(yīng)完全結(jié)束，此時(shí)溶液中的主要陽離子為，分析投入金屬鐵的物質(zhì)的量之比nc(Fe)/nd(Fe)為。解析：題給圖象可氛圍兩部分，其一是H+濃度隨n(Fe)的改變情況；其二是產(chǎn)生氣體的體積隨n(Fe)的改變情況。從題給條件知鐵在冷稀硝酸中生成NO，故從o點(diǎn)到a點(diǎn)時(shí)，硝酸過量，反應(yīng)產(chǎn)物為Fe(NO3)3和NO；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溫度升高，從a點(diǎn)到b點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為Fe(NO3)3和N2O；由于硝酸的不斷消耗，使得硝酸更稀，不再有氣體生成，從b到c點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為Fe(NO3)3和NH4NO3；到達(dá)c點(diǎn)時(shí)，H+已消耗完畢，進(jìn)行的只是Fe(NO3)3與Fe的反應(yīng)，從c點(diǎn)到d點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物為Fe(NO3)2。=1\*GB2⑴根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子得失守恒原理配平的反應(yīng)式為：8Fe+30HNO3=8Fe(NO3)3+3NH4NO3+9H2O。=2\*GB2⑵開始反應(yīng)時(shí)稀硝酸主要還原產(chǎn)物為NO。=3\*GB2⑶因?yàn)樵摲磻?yīng)放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度升高后，則生成N2O。=4\*GB2⑷到d點(diǎn)是反應(yīng)的最后一個(gè)階段，因?yàn)椴粩嗉尤腓F，F(xiàn)e與Fe3+作用生成Fe2+，故此時(shí)溶液中的主要陽離子為Fe2+。又因Fe與Fe3+反應(yīng)時(shí)的物質(zhì)的量之比為1：2，所以nc(Fe)/nd(Fe)=2/3。答案：=1\*GB2⑴830839=2\*GB2⑵NO=3\*GB2⑶N2O因?yàn)樵摲磻?yīng)放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度升高后，則生成N2O。=4\*GB2⑷Fe2+2/32．鐵與濃硝酸反應(yīng)鐵的用量不同的試題鐵粉與過量濃硝酸反應(yīng)時(shí)，其反應(yīng)過程如下：首先是Fe+6HNO3(濃)=Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O，然后是Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，接著是Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2。這樣，若過量鐵粉與濃硝酸反應(yīng)，則有Fe+4HNO3(濃)=Fe(NO3)2+2NO2↑+2H2O。若鐵粉與過量的稀硝酸反應(yīng)，則有Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O；過量的鐵粉與稀硝酸反應(yīng)，則有3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。因此，鐵粉與硝酸反應(yīng)時(shí)，其生成物更為復(fù)雜。例2．對(duì)單質(zhì)鐵溶于稀硝酸的過程如下分析：=1\*GB2⑴當(dāng)發(fā)生的反應(yīng)為Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O時(shí)，n(HNO3)與n(Fe)的大小關(guān)系為（n表示物質(zhì)的量）。=2\*GB2⑵當(dāng)n(HNO3)≤8/3n(Fe)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為。=3\*GB2⑶當(dāng)8/3n(Fe)<n(HNO3)<4n(Fe)時(shí)，發(fā)生的反應(yīng)可表示為aFe+bHNO3(稀)=cNO↑+dFe(NO3)2+eFe(NO3)3+fH2O。=1\*GB3①現(xiàn)假設(shè)a=16，且b、c、d、e、f均為正整數(shù)，可得到多組化學(xué)計(jì)量數(shù)（系數(shù)）的配比，請(qǐng)將它們填入下表（可不填滿，也可以補(bǔ)充）：組次abcdef一16二16三16四16五16六=2\*GB3②根據(jù)以上分析，推理與計(jì)算總結(jié)a、b、c、d、e、f之間的函數(shù)關(guān)系式：b=f(c)；d=f(a，c)。解析：此題圍繞鐵與稀硝酸的反應(yīng)，設(shè)計(jì)了許多問題，但關(guān)鍵還必須根據(jù)恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行原理分析，根據(jù)電子守恒利用數(shù)學(xué)知識(shí)即可解答。本題涉及鐵與稀硝酸反應(yīng)的兩個(gè)反應(yīng)方程式：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O和3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，由這兩個(gè)反應(yīng)不難得到：=1\*GB2⑴當(dāng)發(fā)生反應(yīng)Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O時(shí)，硝酸要過量，n(HNO3)與n(Fe)的大小關(guān)系為：n(HNO3)≥4n(Fe)。=2\*GB2⑵當(dāng)n(HNO3)≤8/3n(Fe)時(shí)，鐵要過量，發(fā)生反應(yīng)為：3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，改為離子方程式為3Fe+8H++2NO3-=3Fe2++2NO↑+4H2O。=3\*GB2⑶=1\*GB3①本題可采用極限思維法解題。根據(jù)電子得失守恒知，生成NO時(shí)所得電子總數(shù)必為3c，因?yàn)閏為正整數(shù)，故轉(zhuǎn)移電子總數(shù)一定是3的整數(shù)倍。因a=16，鐵所失電子總數(shù)必在16×2~16×3之間，其間屬于3的整數(shù)倍的有33、36、39、42、45五種，故還原產(chǎn)物NO的化學(xué)計(jì)量數(shù)c只可能為11、12、13、14、15五種取值。由原子守恒得如下關(guān)系式：d+e=a=16，b=c+2d+3e，b=2f，由電子得失守恒得如下關(guān)系式：2d+3e=3c。由此不難推出b等其它計(jì)量數(shù)的值?？傻孟卤頂?shù)據(jù)：組次abcdef一16441115122二16481212424三1652139726四16561461028五16601531330六=2\*GB3②由b=c+2d+3e和2d+3e=3c得，b=4c；由2d+3e=3c和d+e=a得，d=3（a-c）。3．鐵與硝酸反應(yīng)出現(xiàn)多種產(chǎn)物的試題鐵與硝酸反應(yīng)時(shí)鐵可被氧化為Fe3+或Fe2+，硝酸可被還原為多種氮的氧化物。它們可同時(shí)存在于一個(gè)體系中，問題就會(huì)變得復(fù)雜。根據(jù)原子守恒、電荷守恒、電子得失守恒及極限的方法可以順利解決這類問題。例3．單質(zhì)鐵溶于一定濃度的硝酸中反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：aFe+bNO3-+cH+=dFe2++fFe3++gNO↑+hN2O↑+kH2O(化學(xué)計(jì)量數(shù)均為正整數(shù))，請(qǐng)你用已掌握的知識(shí)回答下列問題。=1\*GB2⑴=1\*GB3①b、c、d、f的關(guān)系式是；=2\*GB3②d、f、g、h的關(guān)系式是；=3\*GB3③c、g、h的關(guān)系式是。=2\*GB2⑵若a=12，鐵和硝酸全部完全反應(yīng)，則b的取值范圍是，c的取值范圍是。解析：=1\*GB3①若要求b、c、d、f的關(guān)系，觀察b、c、d、f恰好是反應(yīng)方程式中各種離子的化學(xué)計(jì)量數(shù)，根據(jù)電荷守恒得，c─b=2d+3f。=2\*GB3②若要求d、f、g、h的關(guān)系，觀察d、f、g、h恰好是與電子得失有關(guān)四種產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)，其中“dFe2++fFe3+”決定失電子總數(shù)，“gNO+hN2O”決定得電子總數(shù)，根據(jù)電子得失守恒得，2d+3f=3g+8h。=3\*GB3③若只從“cH+→gNO+hN2O”去分析，似乎跟NO、N2O之間沒有什么關(guān)系，但抓住“反應(yīng)中H+全部轉(zhuǎn)化為H2O”、“NO和N2O全部由NO3-轉(zhuǎn)化而來”，必有“NO3-+4H+→NO+H2O”和“2NO3-+10H+→N2O+5H2O”，進(jìn)而總結(jié)出c=4g+10h。=2\*GB2⑵該題可從極限思維方法來解決。這里要注意三個(gè)前提：一是a=12；二是鐵和硝酸全部完全反應(yīng)；三是每種物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)均為正整數(shù)（即產(chǎn)物中既要有Fe2+，又要有Fe3+，既要有NO，又要有N2O）。有12molFe完全反應(yīng)時(shí)，只有當(dāng)“Fe→Fe2+，NO3-→N2O”時(shí)消耗的NO3-最少（計(jì)算可得需6mol），