解析一组有关铁与硝酸反应方程式的试题

PAGEPAGE4解析一组有关铁与硝酸反应方程式的试题铁与硝酸反应的试题是高中化学久考不衰的热点问题，这是一个受多种因素影响较为复杂的反应。因此，命题者可以从硝酸的浓度、反应温度、硝酸与铁的用量不同等多种因素变化，利用基本概念、氧化还原反应、离子反应、推理计算等原理而设计出许多考题。下面就解析一组有关铁与硝酸反应方程式的试题。1．铁与浓硝酸反应环境条件变化的试题铁与浓硝酸反应的产物依赖于硝酸的冷热程度、硝酸的浓稀程度等综合因素，下面将从温度和浓度两个因素变化结合图形进行命题。例1．铁在冷的稀硝酸中反应的主要还原产物为NO，而在热的稀硝酸中反应其主要还原产物为N2O，当溶液更稀主要还原产物为NH4+，请分析下图回答问题（假设在任一气体产生曲线段内只有一种还原产物）。c(H+)b/c/d/a/V(气体)(标准状况)on(Fe)abcd=1\*GB2⑴配平由b到c点时反应的化学方程式。Fe+HNO3=Fe(NO3)3+NH4NO3+H2O=2\*GB2⑵判断从o点到a点时的还原产物为。=3\*GB2⑶从a点到b点时产生的还原产物为，其原因是。=4\*GB2⑷已知到达d点时反应完全结束，此时溶液中的主要阳离子为，分析投入金属铁的物质的量之比nc(Fe)/nd(Fe)为。解析：题给图象可氛围两部分，其一是H+浓度随n(Fe)的改变情况；其二是产生气体的体积随n(Fe)的改变情况。从题给条件知铁在冷稀硝酸中生成NO，故从o点到a点时，硝酸过量，反应产物为Fe(NO3)3和NO；随着反应的进行，温度升高，从a点到b点时，反应产物为Fe(NO3)3和N2O；由于硝酸的不断消耗，使得硝酸更稀，不再有气体生成，从b到c点时，反应产物为Fe(NO3)3和NH4NO3；到达c点时，H+已消耗完毕，进行的只是Fe(NO3)3与Fe的反应，从c点到d点时，反应产物为Fe(NO3)2。=1\*GB2⑴根据氧化还原反应电子得失守恒原理配平的反应式为：8Fe+30HNO3=8Fe(NO3)3+3NH4NO3+9H2O。=2\*GB2⑵开始反应时稀硝酸主要还原产物为NO。=3\*GB2⑶因为该反应放热反应，当反应温度升高后，则生成N2O。=4\*GB2⑷到d点是反应的最后一个阶段，因为不断加入铁，Fe与Fe3+作用生成Fe2+，故此时溶液中的主要阳离子为Fe2+。又因Fe与Fe3+反应时的物质的量之比为1：2，所以nc(Fe)/nd(Fe)=2/3。答案：=1\*GB2⑴830839=2\*GB2⑵NO=3\*GB2⑶N2O因为该反应放热反应，当反应温度升高后，则生成N2O。=4\*GB2⑷Fe2+2/32．铁与浓硝酸反应铁的用量不同的试题铁粉与过量浓硝酸反应时，其反应过程如下：首先是Fe+6HNO3(浓)=Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O，然后是Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O，接着是Fe+2Fe(NO3)3=3Fe(NO3)2。这样，若过量铁粉与浓硝酸反应，则有Fe+4HNO3(浓)=Fe(NO3)2+2NO2↑+2H2O。若铁粉与过量的稀硝酸反应，则有Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O；过量的铁粉与稀硝酸反应，则有3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O。因此，铁粉与硝酸反应时，其生成物更为复杂。例2．对单质铁溶于稀硝酸的过程如下分析：=1\*GB2⑴当发生的反应为Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O时，n(HNO3)与n(Fe)的大小关系为（n表示物质的量）。=2\*GB2⑵当n(HNO3)≤8/3n(Fe)时，发生反应的离子方程式为。=3\*GB2⑶当8/3n(Fe)<n(HNO3)<4n(Fe)时，发生的反应可表示为aFe+bHNO3(稀)=cNO↑+dFe(NO3)2+eFe(NO3)3+fH2O。=1\*GB3①现假设a=16，且b、c、d、e、f均为正整数，可得到多组化学计量数（系数）的配比，请将它们填入下表（可不填满，也可以补充）：组次abcdef一16二16三16四16五16六=2\*GB3②根据以上分析，推理与计算总结a、b、c、d、e、f之间的函数关系式：b=f(c)；d=f(a，c)。解析：此题围绕铁与稀硝酸的反应，设计了许多问题，但关键还必须根据恰好完全反应的点进行原理分析，根据电子守恒利用数学知识即可解答。本题涉及铁与稀硝酸反应的两个反应方程式：Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O和3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，由这两个反应不难得到：=1\*GB2⑴当发生反应Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O时，硝酸要过量，n(HNO3)与n(Fe)的大小关系为：n(HNO3)≥4n(Fe)。=2\*GB2⑵当n(HNO3)≤8/3n(Fe)时，铁要过量，发生反应为：3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O，改为离子方程式为3Fe+8H++2NO3-=3Fe2++2NO↑+4H2O。=3\*GB2⑶=1\*GB3①本题可采用极限思维法解题。根据电子得失守恒知，生成NO时所得电子总数必为3c，因为c为正整数，故转移电子总数一定是3的整数倍。因a=16，铁所失电子总数必在16×2~16×3之间，其间属于3的整数倍的有33、36、39、42、45五种，故还原产物NO的化学计量数c只可能为11、12、13、14、15五种取值。由原子守恒得如下关系式：d+e=a=16，b=c+2d+3e，b=2f，由电子得失守恒得如下关系式：2d+3e=3c。由此不难推出b等其它计量数的值。可得下表数据：组次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．铁与硝酸反应出现多种产物的试题铁与硝酸反应时铁可被氧化为Fe3+或Fe2+，硝酸可被还原为多种氮的氧化物。它们可同时存在于一个体系中，问题就会变得复杂。根据原子守恒、电荷守恒、电子得失守恒及极限的方法可以顺利解决这类问题。例3．单质铁溶于一定浓度的硝酸中反应的化学方程式如下：aFe+bNO3-+cH+=dFe2++fFe3++gNO↑+hN2O↑+kH2O(化学计量数均为正整数)，请你用已掌握的知识回答下列问题。=1\*GB2⑴=1\*GB3①b、c、d、f的关系式是；=2\*GB3②d、f、g、h的关系式是；=3\*GB3③c、g、h的关系式是。=2\*GB2⑵若a=12，铁和硝酸全部完全反应，则b的取值范围是，c的取值范围是。解析：=1\*GB3①若要求b、c、d、f的关系，观察b、c、d、f恰好是反应方程式中各种离子的化学计量数，根据电荷守恒得，c─b=2d+3f。=2\*GB3②若要求d、f、g、h的关系，观察d、f、g、h恰好是与电子得失有关四种产物的化学计量数，其中“dFe2++fFe3+”决定失电子总数，“gNO+hN2O”决定得电子总数，根据电子得失守恒得，2d+3f=3g+8h。=3\*GB3③若只从“cH+→gNO+hN2O”去分析，似乎跟NO、N2O之间没有什么关系，但抓住“反应中H+全部转化为H2O”、“NO和N2O全部由NO3-转化而来”，必有“NO3-+4H+→NO+H2O”和“2NO3-+10H+→N2O+5H2O”，进而总结出c=4g+10h。=2\*GB2⑵该题可从极限思维方法来解决。这里要注意三个前提：一是a=12；二是铁和硝酸全部完全反应；三是每种物质的化学计量数均为正整数（即产物中既要有Fe2+，又要有Fe3+，既要有NO，又要有N2O）。有12molFe完全反应时，只有当“Fe→Fe2+，NO3-→N2O”时消耗的NO3-最少（计算可得需6mol），