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有Fe和Fe2O3混合物溶于500 mL稀HNO3中,放出2.24 L NO(标准状况),并剩余5.44 g Fe。向反应后的溶液中通入2.016 L Cl2(标准状况),恰好能使溶液中Fe2+全部氧化。求:

(1)稀HNO3物质的量浓度。

(2)混合物中的Fe的质量分数。

答案

(1)0.92 mol·L-1  (2)89.99%

解析:Fe有剩余,说明稀HNO3量不足,且Fe3+在溶液中一定不存在。溶液中Fe和Fe2O3的存在方式均为Fe(NO3)2。2.016 L÷22.4 L·mol-1=0.09 mol,溶液中铁元素共0.09×2=0.18 mol。在此过程中分析氧化剂和还原剂,由于Fe2O3生成的Fe3+先得Fe单质的电子,又生成Fe2+失电子给Cl2,故整个过程可以看作没有得电子也没有失电子,则该过程中实际转移电子数为:2.24÷22.4×3+0.09×2=0.48 mol,只相当于氧化单质铁,故原混合物中溶解铁为:0.48 mol÷3=0.16 mol,所有的铁再加上剩余的铁。同样硝酸分为作酸和作氧化剂的硝酸。由Fe(NO3)2 0.18 mol求作酸的硝酸,由NO 0.1 mol求作氧化剂的硝酸,两部分相加便是所有的硝酸的量。混合物中Fe2O3同样用所有溶液中铁元素0.18 mol减去溶解的铁单质可求得,再求Fe的含量。

解:(1)Cl2的物质的量:2.016 L÷22.4 L·mol-1=0.09 mol,溶液中Fe(NO3)2物质的量0.09 L·mol-1×2=0.18 mol(铁有剩余,没有Fe3+),作酸的硝酸为:0.18 mol×2=0.36 mol作氧化剂的硝酸为: =0.1 mol

c(HNO3)= =0.92 mol·L-1

(2)由(1)已知溶液中的铁元素共有0.09×2=0.18 mol,由于Fe2O3生成的Fe3+先得铁单质的电子生成Fe2+,又失电子给Cl2,故整个过程可以看作没有得电子也没有失电子,则该过程中实际转移电子数为2.24 L÷22.4 L·mol-1×3+0.09 mol×2=0.48 mol,只相当于氧化铁单质,故原混合物溶解铁为:0.48 mol÷3=0.16 mol,所有的单质铁为:0.16 mol+=0.257 mol

Fe2O3中 Fe元素的物质的量:0.18 mol-0.16 mol=0.02 mol。

所以Fe2O3的物质的量为0.01 mol。

Fe的质量分数为:

×100%=89.99%。

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