关于铁铜硝酸问题的终极分析(举一反三)

一定量的铁铜合金一起投入含有一定量的稀硝酸溶液中，硝酸的还原产物只有NO 那么，残留固体所有可能的组成成分和此时溶液中的金属离子可能有哪些情况？

分析:在一定量的铁铜混合物中加入稀硝酸, 随着硝酸增加, 反应历程可分以下6个阶段

(1)开始时, 铁铜过量, 由于氧化性HNO3 (稀)>Fe3+>Cu2+;还原性Fe>Cu,故HNO3只能将铁部分铁氧化成Fe3+,生成的Fe3+又将Fe 氧化成Fe2+,本身也被还原成Fe2+,故此时, 溶液中阳离子为Fe2+,铁铜过量, 可看成只发生反应①③

①Fe+4HNO3=,Fe (NO3)3+NO↑+2 H2O

②3Cu+8HNO3,=3 Cu (NO3)2+2NO↑+4H2O

③2Fe(NO3)3+Fe =3 Fe (NO3)2

④2Fe(NO3)3+Cu= 2Fe(NO3)2+Cu (NO3)2

⑤Fe+Cu2+ = Fe2+ + Cu

氧化性:HNO3 (浓)>HNO3 (稀)>Fe3+>Cu2+>,Fe2+;还原性Fe>Cu

(2)随硝酸量的增加, 生成的Fe3+刚好将铁全部氧化, 此时溶液中只有Fe2+,残留的固体只有铜, 可看成只发生反应①③.

(3)随硝酸量的增加, 生成的Fe3+(量更多了) 将余下的铁全部氧化后还有余, 多余的Fe3+将部分铜氧化, 此时溶液中只有Fe2+ ,Cu2+,残留的固体是铜, 可看成只发生反应①③④.

(4)随硝酸量的增加, 生成的Fe3+(量更多了) 将余下的铁和全部的铜完全氧化, 或硝酸将全部的铁和部分的铜氧化, 生成的Fe3+将余下的铜刚好全部氧化, 此时溶液中只有Fe2+ ,Cu2+,无残留固体, 可看成只发生反应①③④或①②④,

(5)随硝酸量的增加, 生成的Fe3+(量更多了) 将余下的铁和全部的铜全部氧化后还有余; 或铁全部生成Fe3+,此Fe3+将全部的铜氧化且有余; 或硝酸将全部的铁氧化成Fe3+,并将部分的铜氧化,Fe3+又将余下的铜全部氧化且Fe3+有余, 此时溶液中有Fe3+,Fe2+ ,Cu2+,无残留固体, 可看成只发生反应①③④或①④或①②④.

(6)随硝酸量的增加, 硝酸直接将铁铜全部氧化或硝酸有余, 此时溶液中有Fe3+,Cu2+(H+),无残留固体, 只发生反应①②.

溶液中的金属离子

Fe2+

Fe2+,Cu2+

Fe2+,Fe3+,Cu2+

Cu2+,Fe3+

残留固体成分

Fe,Cu

无

【我想你想看的是此后的内容】

(2)当溶液中金属离子只有Fe2+,Cu2+时, 反应处于第3阶段或第4阶段. 第2阶段结束时消耗硝酸的量可依据物料守恒来计算, 消耗硝酸的物质的量等于体现酸性的硝酸的物质的量加上体现氧化性消耗硝酸的物质的量, 依据匹配原则,1 mol Fe2+ 匹配2 mol NO3-,所以体现酸性的硝酸的物质的量是为2a(1-x)mol,依据得失电子守恒, 金属失去的电子等于硝酸得到的电子, 所以体现氧化性的硝酸的物质的量等于2a(1-x)×,所以b = 2a(1-x)+2a(1-x)×= a(1-x),而实际消耗的硝酸比第2阶段结束时要多的, 故b> a(1-x).第4阶段结束时消耗硝酸的量b =2×a+2×a×= a ,故 a ≥b> a(1-x).

(3)当x=0.5 ，且溶液中Fe3+与Fe2+和物质的量相等，在标准状况下共产生672mLNO

【被还原的硝酸的物质的量等于=0.03 mol】。

则a = ？b = ？

被还原的硝酸的物质的量等于=0.03 mol,

溶液中n(Fe2+)=0.25a mol ,n(Fe3+)=0.25a mol ,n(Cu2+)=0.5a mol.

依据电子守恒可得:

0.03 mol ×3 e-=0.25amol×3 e-+0.25amol×2e-+0.5a mol×2e-=0.09mole-, 得a = 0.04

依据物料守恒可得:b mol=(0.25a mol *2+0.25a mol *3+0.5a mol *2)+0.03mol=0.12mol